Pitkäaikaisvarastoinnin kaupallisten litiumioniakkujen hajoamisanalyysi. Litiumioniakuista on tullut välttämättömiä eri teollisuudenaloilla niiden korkean energiatiheyden ja tehokkuuden vuoksi. Niiden suorituskyky kuitenkin heikkenee ajan myötä, erityisesti pitkien varastointijaksojen aikana. Tähän heikkenemiseen vaikuttavien mekanismien ja tekijöiden ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää akun käyttöiän optimoimiseksi ja niiden tehokkuuden maksimoimiseksi. Tässä artikkelissa käsitellään kaupallisten litiumioniakkujen hajoamisanalyysiä pitkäaikaissäilytyksessä. Se tarjoaa toimivia strategioita suorituskyvyn heikkenemisen lieventämiseksi ja akun käyttöiän pidentämiseksi.
Tärkeimmät hajoamismekanismit:
Itsepurkaus
Litiumioniakkujen sisäiset kemialliset reaktiot aiheuttavat asteittaista kapasiteetin menetystä, vaikka akkua ei käytetä. Tätä itsepurkautumisprosessia, vaikka se on tyypillisesti hidas, voi nopeuttaa kohonneet varastointilämpötilat. Ensisijainen itsepurkauksen syy on sivureaktiot, jotka laukaisevat elektrolyytin epäpuhtaudet ja pienet viat elektrodimateriaalissa. Vaikka nämä reaktiot etenevät hitaasti huoneenlämpötilassa, niiden nopeus kaksinkertaistuu aina 10 °C:n lämpötilan nousun myötä. Siksi akkujen säilyttäminen suositeltua korkeammissa lämpötiloissa voi merkittävästi lisätä itsepurkautumisnopeutta, mikä johtaa huomattavasti kapasiteetin vähenemiseen ennen käyttöä.
Elektrodireaktiot
Elektrolyytin ja elektrodien väliset sivureaktiot johtavat kiinteän elektrolyytin rajapintakerroksen (SEI) muodostumiseen ja elektrodimateriaalien hajoamiseen. SEI-kerros on välttämätön akun normaalille toiminnalle, mutta korkeissa lämpötiloissa se edelleen sakeutuu, kuluttaa litiumioneja elektrolyytistä ja lisää akun sisäistä vastusta, mikä pienentää kapasiteettia. Lisäksi korkeat lämpötilat voivat horjuttaa elektrodimateriaalin rakennetta aiheuttaen halkeamia ja hajoamista, mikä lyhentää entisestään akun tehokkuutta ja käyttöikää.
Litiumin menetys
Varaus-purkausjaksojen aikana jotkut litiumionit jäävät pysyvästi loukkuun elektrodimateriaalin hilarakenteeseen, jolloin ne eivät ole käytettävissä tulevia reaktioita varten. Tämä litiumin hävikki pahenee korkeissa varastointilämpötiloissa, koska korkeat lämpötilat edistävät sitä, että enemmän litiumioneja uppoaa palautumattomasti hilavaurioihin. Tämän seurauksena saatavilla olevien litiumionien määrä vähenee, mikä johtaa kapasiteetin heikkenemiseen ja lyhyempään käyttöikään.
Hajoamisnopeuteen vaikuttavat tekijät
Varastointilämpötila
Lämpötila on ensisijainen akun kulumisen määräävä tekijä. Paristoja tulee säilyttää viileässä, kuivassa ympäristössä, mieluiten välillä 15–25 °C, jotta hajoamisprosessi hidastuu. Korkeat lämpötilat kiihdyttävät kemiallisten reaktioiden nopeuksia, lisäämällä itsepurkautumista ja SEI-kerroksen muodostumista, mikä nopeuttaa akun ikääntymistä.
Lataustila (SOC)
Osittaisen SOC:n (noin 30-50 %) ylläpitäminen varastoinnin aikana minimoi elektrodien jännityksen ja vähentää itsepurkautumisnopeutta, mikä pidentää akun käyttöikää. Sekä korkeat että alhaiset SOC-tasot lisäävät elektrodimateriaalin rasitusta, mikä johtaa rakenteellisiin muutoksiin ja lisää sivureaktioita. Osittainen SOC tasapainottaa stressiä ja reaktioaktiivisuutta hidastaen hajoamisnopeutta.
Purkaussyvyys (DOD)
Akut, jotka ovat alttiina syväpurkauksille (korkea DOD), hajoavat nopeammin kuin akut, jotka purkautuvat matalasti. Syväpurkaukset aiheuttavat merkittävämpiä rakenteellisia muutoksia elektrodimateriaaleihin, jolloin syntyy enemmän halkeamia ja sivureaktiotuotteita, mikä lisää hajoamisnopeutta. Akkujen täysin tyhjentymisen välttäminen varastoinnin aikana auttaa lieventämään tätä vaikutusta ja pidentää akun käyttöikää.
Kalenterin ikä
Akut hajoavat luonnollisesti ajan myötä luontaisten kemiallisten ja fysikaalisten prosessien vuoksi. Optimaalisissakin säilytysolosuhteissa akun kemialliset komponentit hajoavat vähitellen ja hajoavat. Asianmukaiset säilytyskäytännöt voivat hidastaa tätä ikääntymisprosessia, mutta eivät voi estää sitä kokonaan.
Hajoamisanalyysitekniikat:
Kapasiteetin häipymisen mittaus
Akun purkautumiskapasiteetin säännöllinen mittaaminen tarjoaa yksinkertaisen menetelmän seurata sen huononemista ajan myötä. Akun kapasiteetin vertailu eri aikoina mahdollistaa sen hajoamisnopeuden ja -asteen arvioinnin, mikä mahdollistaa oikea-aikaiset huoltotoimenpiteet.
Sähkökemiallinen impedanssispektroskopia (EIS)
Tämä tekniikka analysoi akun sisäisen resistanssin ja tarjoaa yksityiskohtaista tietoa elektrodien ja elektrolyytin ominaisuuksien muutoksista. EIS voi havaita muutokset akun sisäisessä impedanssissa ja auttaa tunnistamaan erityisiä huononemisen syitä, kuten SEI-kerroksen paksuuntumista tai elektrolyytin heikkenemistä.
Post mortem -analyysi
Hajonneen akun purkaminen ja elektrodien ja elektrolyytin analysointi menetelmillä, kuten röntgendiffraktiolla (XRD) ja pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM), voi paljastaa varastoinnin aikana tapahtuvat fysikaaliset ja kemialliset muutokset. Post mortem -analyysi tarjoaa yksityiskohtaista tietoa akun rakenteellisista ja koostumuksen muutoksista, mikä auttaa ymmärtämään hajoamismekanismeja ja parantamaan akun suunnittelu- ja huoltostrategioita.
Lieventämisstrategiat
Viileä säilytystila
Säilytä akkuja viileässä, valvotussa ympäristössä itsepurkautumisen ja muiden lämpötilasta riippuvien hajoamismekanismien minimoimiseksi. Ihannetapauksessa lämpötila-alue on 15–25 °C. Erillisten jäähdytyslaitteiden ja ympäristönhallintajärjestelmien käyttö voi hidastaa merkittävästi akun ikääntymisprosessia.
Osittainen latausvarasto
Säilytä osittainen SOC (noin 30-50 %) varastoinnin aikana vähentääksesi elektrodien jännitystä ja hidastaaksesi hajoamista. Tämä edellyttää asianmukaisten latausstrategioiden asettamista akunhallintajärjestelmään, jotta akku pysyy optimaalisella SOC-alueella.
Säännöllinen seuranta
Tarkkaile ajoittain akun kapasiteettia ja jännitettä havaitaksesi heikkenemissuuntaukset. Toteuta tarvittaessa korjaavia toimenpiteitä näiden havaintojen perusteella. Säännöllinen valvonta voi myös antaa varhaisia varoituksia mahdollisista ongelmista, mikä estää äkilliset akun häiriöt käytön aikana.
Akunhallintajärjestelmät (BMS)
Käytä BMS:ää akun kunnon seuraamiseen, lataus-purkausjaksojen ohjaamiseen ja ominaisuuksien, kuten kennotasapainotuksen ja lämpötilan säätelyn, käyttöön varastoinnin aikana. BMS voi havaita akun tilan reaaliajassa ja säätää automaattisesti toimintaparametreja akun käyttöiän pidentämiseksi ja turvallisuuden parantamiseksi.
Johtopäätös
Ymmärtämällä kattavasti hajoamismekanismit, vaikuttavat tekijät ja ottamalla käyttöön tehokkaita lieventämisstrategioita voit parantaa merkittävästi kaupallisten litiumioniakkujen pitkäaikaista varastointia. Tämä lähestymistapa mahdollistaa akkujen optimaalisen käytön ja pidentää niiden yleistä käyttöikää, mikä varmistaa paremman suorituskyvyn ja kustannustehokkuuden teollisissa sovelluksissa. Jos haluat kehittyneempiä energian varastointiratkaisuja, harkitse215 kWh kaupallinen ja teollinen energian varastointijärjestelmä by Kamada Power.
Ota yhteyttä Kamada Poweriin
SaadaRäätälöidyt kaupalliset ja teolliset energian varastointijärjestelmät, Pls KlikkaaOta yhteyttä Kamada Poweriin
Postitusaika: 29.5.2024