Komercinių ilgalaikio saugojimo ličio jonų baterijų gedimo analizė. Dėl didelio energijos tankio ir efektyvumo ličio jonų baterijos tapo nepakeičiamos įvairiose pramonės šakose. Tačiau jų veikimas laikui bėgant blogėja, ypač ilgai laikant. Norint optimizuoti akumuliatoriaus veikimo laiką ir maksimaliai padidinti jų efektyvumą, labai svarbu suprasti mechanizmus ir veiksnius, turinčius įtakos šiam gedimui. Šiame straipsnyje nagrinėjama komercinių ličio jonų baterijų gedimo analizė, skirta ilgalaikiam saugojimui, siūlomos veiksmingos strategijos, kaip sumažinti našumo mažėjimą ir pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką.
Pagrindiniai degradacijos mechanizmai:
Savaiminis išsikrovimas
Vidinės cheminės reakcijos ličio jonų baterijose sukelia laipsnišką talpos praradimą net tada, kai akumuliatorius nenaudojamas. Šis savaiminio išsikrovimo procesas, nors ir paprastai yra lėtas, gali būti paspartintas dėl aukštesnės laikymo temperatūros. Pagrindinė savaiminio išsikrovimo priežastis yra pašalinės reakcijos, kurias sukelia elektrolito priemaišos ir nedideli elektrodų medžiagų defektai. Nors šios reakcijos kambario temperatūroje vyksta lėtai, jų greitis padvigubėja kas 10°C temperatūrai kylant. Todėl akumuliatorių laikymas aukštesnėje nei rekomenduojama temperatūroje gali žymiai padidinti savaiminio išsikrovimo greitį, todėl prieš naudojant gali sumažėti jų talpa.
Elektrodų reakcijos
Šalutinės elektrolito ir elektrodų reakcijos lemia kietojo elektrolito sąsajos (SEI) sluoksnio susidarymą ir elektrodų medžiagų degradaciją. SEI sluoksnis yra būtinas normaliam akumuliatoriaus veikimui, tačiau esant aukštai temperatūrai, jis ir toliau tirštėja, sunaudodamas ličio jonus iš elektrolito ir padidindamas vidinę akumuliatoriaus varžą, taip sumažindamas talpą. Be to, aukšta temperatūra gali destabilizuoti elektrodo medžiagos struktūrą, sukelti įtrūkimus ir skilimą, dar labiau mažindama akumuliatoriaus efektyvumą ir tarnavimo laiką.
Ličio praradimas
Įkrovimo-iškrovimo ciklų metu kai kurie ličio jonai visam laikui įstringa elektrodo medžiagos gardelės struktūroje, todėl jie nebepasiekiami būsimoms reakcijoms. Šie ličio nuostoliai dar labiau padidėja esant aukštai laikymo temperatūrai, nes aukšta temperatūra skatina daugiau ličio jonų negrįžtamai įsiterpti į grotelių defektus. Dėl to mažėja turimų ličio jonų skaičius, dėl to sumažėja talpa ir trumpėja ciklo tarnavimo laikas.
Degradacijos greitį įtakojantys veiksniai
Laikymo temperatūra
Temperatūra yra pagrindinis akumuliatoriaus gedimo veiksnys. Baterijos turi būti laikomos vėsioje, sausoje aplinkoje, idealiu atveju 15–25 °C temperatūroje, kad sulėtintų skilimo procesą. Aukšta temperatūra pagreitina cheminių reakcijų greitį, padidina savaiminį išsikrovimą ir SEI sluoksnio susidarymą, taip pagreitindama baterijos senėjimą.
Įkrovimo būsena (SOC)
Dalinio SOC išlaikymas (apie 30–50 %) saugojimo metu sumažina elektrodo įtempimą ir sumažina savaiminio išsikrovimo greitį, taip pailgindamas baterijos veikimo laiką. Tiek aukštas, tiek žemas SOC lygis padidina elektrodų medžiagos įtempimą, todėl atsiranda struktūrinių pokyčių ir daugiau šalutinių reakcijų. Dalinis SOC subalansuoja stresą ir reakcijos aktyvumą, sulėtindamas skilimo greitį.
Iškrovos gylis (DOD)
Baterijos, kurioms būdingas gilus išsikrovimas (didelis DOD), genda greičiau, nei tos, kurios iškraunamos negiliai. Gilios iškrovos sukelia reikšmingesnius struktūrinius elektrodų medžiagų pokyčius, sukuria daugiau įtrūkimų ir šalutinių reakcijų produktų, todėl padidėja skilimo greitis. Vengiant visiškai išsikrauti akumuliatorių saugojimo metu, šis poveikis sumažinamas ir pailgėja baterijos veikimo laikas.
Kalendoriaus amžius
Baterijos natūraliai suyra laikui bėgant dėl būdingų cheminių ir fizinių procesų. Net ir esant optimalioms laikymo sąlygoms, cheminiai akumuliatoriaus komponentai palaipsniui suyra ir suges. Tinkama laikymo praktika gali sulėtinti šį senėjimo procesą, bet negali visiškai jo išvengti.
Degradacijos analizės metodai:
Talpos išblukimo matavimas
Periodiškai matuojant akumuliatoriaus išsikrovimo talpą, yra paprastas būdas stebėti jo gedimą laikui bėgant. Palyginus akumuliatoriaus talpą skirtingu laiku, galima įvertinti jo degradacijos greitį ir mastą, todėl galima laiku atlikti priežiūros veiksmus.
Elektrocheminės varžos spektroskopija (EIS)
Šis metodas analizuoja akumuliatoriaus vidinę varžą ir pateikia išsamią informaciją apie elektrodo ir elektrolito savybių pokyčius. EIS gali aptikti akumuliatoriaus vidinės varžos pokyčius ir padėti nustatyti konkrečias gedimo priežastis, pvz., SEI sluoksnio sustorėjimą arba elektrolitų pablogėjimą.
Pomirtinė analizė
Išardant sugadintą bateriją ir analizuojant elektrodus bei elektrolitus naudojant tokius metodus kaip rentgeno spindulių difrakcija (XRD) ir skenuojanti elektroninė mikroskopija (SEM), galima atskleisti fizinius ir cheminius pokyčius, vykstančius saugojimo metu. Pomirtinė analizė suteikia išsamią informaciją apie struktūrinius ir sudėtinius akumuliatoriaus pokyčius, padeda suprasti degradacijos mechanizmus ir patobulinti akumuliatoriaus projektavimo ir priežiūros strategijas.
Švelninimo strategijos
Šaltas sandėliavimas
Akumuliatorius laikykite vėsioje, kontroliuojamoje aplinkoje, kad sumažintumėte savaiminį išsikrovimą ir kitus nuo temperatūros priklausančius gedimo mechanizmus. Idealiu atveju palaikyti temperatūrą nuo 15°C iki 25°C. Naudojant specialią aušinimo įrangą ir aplinkos kontrolės sistemas galima žymiai sulėtinti akumuliatoriaus senėjimo procesą.
Dalinio įkrovimo saugojimas
Laikydami palaikykite dalinį SOC (apie 30–50 %), kad sumažintumėte elektrodo įtempimą ir sulėtintumėte degradaciją. Tam reikia nustatyti tinkamas įkrovimo strategijas akumuliatoriaus valdymo sistemoje, kad akumuliatorius liktų optimaliame SOC diapazone.
Reguliarus stebėjimas
Periodiškai stebėkite akumuliatoriaus talpą ir įtampą, kad nustatytumėte degradacijos tendencijas. Remdamiesi šiais pastebėjimais, prireikus atlikite taisomuosius veiksmus. Reguliarus stebėjimas taip pat gali iš anksto įspėti apie galimas problemas ir išvengti staigių akumuliatoriaus gedimų naudojimo metu.
Akumuliatoriaus valdymo sistemos (BMS)
Naudokite BMS, kad stebėtumėte akumuliatoriaus būklę, valdytumėte įkrovimo ir iškrovimo ciklus ir įdiegtumėte tokias funkcijas kaip elementų balansavimas ir temperatūros reguliavimas saugojimo metu. BMS gali aptikti akumuliatoriaus būseną realiu laiku ir automatiškai koreguoti veikimo parametrus, kad pailgintų baterijos veikimo laiką ir padidintų saugumą.
Išvada
Išsamiai suprasdami degradacijos mechanizmus, įtakojančius veiksnius ir įgyvendindami veiksmingas mažinimo strategijas, galite žymiai pagerinti komercinių ličio jonų baterijų ilgalaikio saugojimo valdymą. Šis metodas leidžia optimaliai išnaudoti baterijas ir prailgina bendrą jų eksploatavimo laiką, užtikrinant geresnį našumą ir ekonomiškumą pramoninėse srityse. Norėdami gauti pažangesnių energijos kaupimo sprendimų, apsvarstykite215 kWh komercinė ir pramoninė energijos kaupimo sistema by Kamada galia.
Susisiekite su „Kamada Power“.
GaukIndividualizuotos komercinės ir pramoninės energijos saugojimo sistemos, Pls SpustelėkiteSusisiekite su mumis „Kamada Power“.
Paskelbimo laikas: 2024-05-29