Šiandieniniame mobiliame pasaulyje baterijos veikimo trukmė yra labai vertingas dalykas. Todėl gerai yra tai, jog išmokti prailginti baterijos veikimą galima pakankamai greitai, tačiau šie būdai yra labai mažai žinomi, o tuo labiau naudojami. Nesvarbu, ar jas naudojate savo elektromobiliui, nešiojamajai elektronikai ar autonominei elektros energijos sistemai, labai svarbu suprasti, kaip šaltas oras veikia akumuliatoriaus veikimą. Šiame straipsnyje aptarsime, su kokiais iššūkiais susiduria ličio jonų akumuliatoriai šaltomis sąlygomis, ir pateiksime praktinių patarimų, kaip užtikrinti optimalų akumuliatorių veikimą visą žiemą.
Koks ryšys tarp ličio jonų baterijų ir šalto oro? Daug daugiau, nei galite tikėtis. Žinodami, kaip šaltas oras veikia akumuliatorių, galite pasirinkti tą, kuris tarnaus ilgiausiai, bus ekonomiškiausias ir gerai veiks kasdien.
Ličio jonų akumuliatorių veikimas labai priklauso nuo to, kaip temperatūra veikia jų vidinius cheminius reakcijas. Kai temperatūra pakyla tik 10 laipsnių Celsijaus virš kambario temperatūros (tai apie 77 °F), viduje esantys jonai juda 40-50 procentų greičiau. Dėl to baterija geriau laiduoja elektros srovę, tačiau ilgainiui tai gali sukelti dalių susidėvėjimą. Situacija dar labiau pablogėja, kai temperatūra viršija 70 °C (apie 158 °F). Šiuo metu pradeda ardytis taip vadinamas kietosios elektrolito sąsajos (SEI) sluoksnis. Šis apsauginis sluoksnis yra labai svarbus elektrodams apsaugoti, todėl, kai jis sugenda, baterija visam laikui praranda talpą.
Kita vertus, šaltas oras taip pat sukelia problemų. Temperatūrai nukritus žemiau 5 °C (apie 41 °F), baterijoje esantis skystis pasidaro kur kas klampesnis, dėl ko jonams sunku judėti. Tai reiškia mažesnę galimą naudoti energiją - apie 15-30 procentų sumažėjimą to, ką baterija iš tikrųjų gali atiduoti. Kai temperatūra nukrenta žemiau užšalimo taško, baterijos susiduria su rimtais iššūkiais. Elektrolitas viduje pasidaro daug klampesnis apie -20 laipsnių Celsijaus (-4 Farenheito), padidindamas savo klampumą nuo 300 iki 500 procentų. Tuo pat metu baterijos gebėjimas priimti įkrovą krinta maždaug 60 %. Šios problemos kartu sukelia vidinės varžos šuolį 200-400 procentais lyginant su normaliomis kambario temperatūromis.
Palyginti su įprastu švino rūgšties akumuliatorių tarnavimo laiku, kuris paprastai yra 2-5 metai, ličio jonų akumuliatorius gali tarnauti iki 10-20 metų. Visų baterijų įkrovimo kartų skaičius ribojamas, tačiau ličio jonų akumuliatoriai turi daugiau ciklų - iki 10 kartų daugiau.
Mokslas už ličio jonų akumuliatorių veikimo minusinėje temperatūroje
Ličio jonų akumuliatoriai veikia judant ličio jonams tarp anodo ir katodo įkrovos ir išleidimo ciklų metu. Elektrolitas palengvina šį jonų perdavimą, o separatorius apsaugo nuo tiesioginio kontakto tarp elektrodų. Šiame elektrocheminiame procese sukuriama energija.
Kaip šaltas oras veikia ličio jonų baterijas?
- Sulėtėjusios cheminės reakcijos: Žemoje temperatūroje cheminių reakcijų greitis akumuliatoriaus viduje gerokai sulėtėja. Tai atsitinka, nes sulėtėja reagentų molekulinis judėjimas, sumažėja susidūrimų dažnis, o reakcijos tampa sunkiai vykdomos.
- Klampus elektrolitas: Ličio baterijose esantis elektrolitas žemoje temperatūroje gali tapti klampus ir net iš dalies sukietėti. Padidėjęs elektrolito klampumas trukdo ličio jonų judėjimui tarp elektrodų.
- Padidėjęs vidinis pasipriešinimas: Žemos temperatūros aplinkoje padidėja įvairių ličio baterijų viduje esančių medžiagų, tokių kaip elektrodai ir elektrolitai, atsparumas. Dėl to padidėja vidinė akumuliatoriaus varža, todėl sumažėja efektyvi jo talpa ir iškrovimo laikas.
- Sumažėjusi talpa ir efektyvumas: Elektrodų aktyviųjų medžiagų tirpumas ličio baterijose sumažėja esant žemai temperatūrai. Tai reiškia, kad esant žemai temperatūrai elektrodų veikliųjų medžiagų koncentracija elektrolite sumažės, todėl sumažės reakcijai prieinamų veikliųjų medžiagų kiekis. Palyginti su tuo, kai temperatūra yra aukštesnė nei 32 laipsniai, akumuliatoriaus efektyvumas ir naudingoji talpa gali sumažėti iki 30 procentų, kai temperatūra nukrenta žemiau šios ribos.
AGM ir švino-rūgšties akumuliatorius taip pat veikia šalta temperatūra, todėl tai nėra būdinga ličio geležies fosfato (LiFePO4) baterijoms. Nors ličio jonų akumuliatorius panašiai veikia šaltas oras, jie turi pranašumą prieš kitus akumuliatorių tipus, nes yra daug geriau įkraunami, ilgiau tarnauja ir gamina daugiau energijos tokiomis aplinkybėmis.
Ličio jonų baterijų veikimas šaltu oru
Ličio jonų akumuliatoriai, palyginti su kitais akumuliatorių tipais, šaltu oru veikia geriau. Nors švino rūgšties baterija šaltu oru gali tiekti tik 70-80 % savo vardinės talpos, ličio baterija vis tiek gali tiekti 95-98 % talpos.
Tačiau net ir ličio jonų baterijos susiduria su iššūkiais žemoje temperatūroje. Kai temperatūra nukrenta žemiau užšalimo taško, baterijos talpa gali sumažėti 20-30 %. Dėl to šaltu oru ličio baterijos gali greičiau išsikrauti ir tiekti mažiau energijos.
Ličio jonų baterijų žemos temperatūros iššūkiai
- Sumažėjęs energijos tankis ir išėjimas: Žemos temperatūros gali žymiai paveikti ličio jonų baterijų energijos tankį ir išėjimą. Ekstremaliomis šaltoomis sąlygomis šių baterijų elektrocheminis našumas pablogėja dėl lėtesnio jonų judėjimo ir sumažėjusio reakcijos greičio. Pavyzdžiui, Panasonic 18650 ličio jonų baterijos išlaiko tik 66 % savo energijos tankio esant -20℃ ir tik 5 % įkrautos ir iškrautos lėtai (< 0.1°C) esant -40°C. Šis didelis talpos pablogėjimas kelia iššūkių programoms, kurioms reikalingas stabilus energijos šaltinis, pavyzdžiui, elektrinėms transporto priemonėms ir medicinos prietaisams.
- Padidėjęs vidinis pasipriešinimas ir energijos praradimas: Žema temperatūra padidina ličio jonų akumuliatorių vidinį atsparumą. Tai lemia lėtas jonų mobilumas ir padidėjęs atsparumas elektrolite ir elektroduose. Dėl to energijos nuostoliai tampa ryškesni, todėl padidėja akumuliatoriaus gebėjimas efektyviai pasiekti srovę. Baterijos ypač paveikė.
- Ilgalaikis baterijų skilimas: Veikimas šaltoje aplinkoje pagreitina ilgalaikį ličio jonų akumuliatorių skilimą. Pakartotinis šalto orų poveikis sukelia storesnės kietos elektrolito sąsajos (SEI) sluoksnį, kuris trukdo jonų transportavimui ir mažina įkrovimo talpą. Tai gali sutrumpinti baterijos tarnavimo laiką ir sumažinti bendrą talpą, todėl ji tampa mažiau naudinga ilgalaikiam naudojimui robotikoje ir prietaisuose.
- Kaip šaltas oras veikia elektrinių transporto priemonių veikimą ir kitas programas: Elektrinės transporto priemonės susiduria su baterijų iššūkiais. Šios naujovės užtikrina nuoseklų našumą ir ilgą akumuliatoriaus tarnavimo laiką, net esant žemai nuliui temperatūrai.
Kaip apsaugoti ličio jonų baterijas nuo šalčio
Nors šaltas oras kelia iššūkių ličio baterijoms, geriausios praktikos pavyzdžiai gali padėti maksimaliai padidinti našumą ir tarnavimo laiką.
5 būdai, kaip apsaugoti ličio baterijas nuo šalčio
- Nenaudojamas baterijas laikykite šiltai: Jei įmanoma, baterijas laikykite kontroliuojamoje temperatūroje nuo 0 °C iki 29 °C. Nešiojamas baterijas laikykite izoliuotame dėkle arba per naktį įneškite į patalpą.
- Prieš naudojimą pašildykite baterijas: Prieš naudodami šaltas baterijas, leiskite joms palaipsniui sušilti iki kambario temperatūros. Tai padės optimizuoti viduje vykstančius cheminius procesus.
- Naudokite akumuliatorinius šildytuvus arba izoliatorius: Stacionarių akumuliatorių bankų atveju apsvarstykite galimybę naudoti akumuliatorių antklodes, izoliuotus korpusus ar net mažus šildytuvus, kad palaikytumėte optimalią temperatūrą.
- Venkite įkrovimo esant dideliam šalčiui: Daugumos ličio baterijų negalima įkrauti žemesnėje nei 0 °C temperatūroje. Prieš kraunant palaukite, kol baterijos sušils.
- Rinkitės šaltam orui skirtas ličio baterijas: Kai kurios ličio baterijos, pavyzdžiui, RB100-LT (žemos temperatūros) 12V 100Ah, yra specialiai sukurtos įkrauti ir veikti esant žemesnei nei nulio temperatūrai. Jos turi įtaisytas šildymo ir stebėjimo sistemas, kurios leidžia išgauti energiją tiesiai iš akumuliatoriaus įkroviklio, nereikalaujant papildomų dalių.
BENWEI žemos temperatūros ličio baterijos yra efektyvios šaltu oru baterijos, kurias galima įkrauti iki -20 laipsnio (-4 laipsnio F). Įkrauti ličio baterijas žemiau užšalimo gali būti sunku. Sistema naudoja patentuotą technologiją, kuri visą reikalingą energiją paima vien iš įkroviklio.
akumuliatorius - automobiliui gyvybiškai svarbus, kaip priverst jį dirbti žiemą
Jei įmanoma, išimkite baterijas iš šalčio ir laikykite viduje, kad prailgintumėte jų tarnavimo laiką. Jei įmanoma, nepalikite nešiojamų ličio jonų akumuliatorių lauke žiemą. Žiemą ilgą laiką laikydami akumuliatorių, būkite ypač atsargūs. Jei įmanoma, įneškite baterijas į vidų nuo šalčio naktį.