Kaubanduslike liitiumioonakude lagunemise analüüs pikaajalisel ladustamisel

Kaubanduslike liitiumioonakude lagunemise analüüs pikaajalisel ladustamisel. Liitiumioonakud on oma suure energiatiheduse ja tõhususe tõttu muutunud erinevates tööstusharudes asendamatuks. Kuid nende jõudlus halveneb aja jooksul, eriti pikema ladustamisperioodi korral. Seda halvenemist mõjutavate mehhanismide ja tegurite mõistmine on aku eluea optimeerimiseks ja nende tõhususe maksimeerimiseks ülioluline. See artikkel käsitleb kaubanduslike liitium-ioonakude lagunemise analüüsi pikaajalisel ladustamisel, pakkudes rakendatavaid strateegiaid jõudluse languse leevendamiseks ja aku eluea pikendamiseks.

Peamised lagunemismehhanismid:

Isetühjenemine

Liitiumioonakude sisemised keemilised reaktsioonid põhjustavad võimsuse järkjärgulist kaotust isegi siis, kui aku on tühikäigul. Seda isetühjenemise protsessi, kuigi see on tavaliselt aeglane, võib kiirendada kõrgendatud säilitustemperatuur. Isetühjenemise peamine põhjus on elektrolüüdi lisanditest ja elektroodide materjalides esinevatest väiksematest defektidest põhjustatud kõrvalreaktsioonid. Kuigi need reaktsioonid kulgevad toatemperatuuril aeglaselt, kahekordistub nende kiirus iga 10 °C temperatuuri tõusuga. Seetõttu võib akude hoidmine soovitatust kõrgemal temperatuuril märkimisväärselt suurendada isetühjenemise kiirust, mis toob kaasa võimsuse olulise vähenemise enne kasutamist.

Elektroodide reaktsioonid

Elektrolüüdi ja elektroodide vahelised kõrvalreaktsioonid põhjustavad tahke elektrolüüdi liidese (SEI) kihi moodustumist ja elektroodide materjalide lagunemist. SEI kiht on aku normaalseks tööks hädavajalik, kuid kõrgetel temperatuuridel jätkab see paksenemist, kulutades elektrolüüdist liitiumioone ja suurendades aku sisemist takistust, vähendades seega mahtuvust. Lisaks võivad kõrged temperatuurid destabiliseerida elektroodi materjali struktuuri, põhjustades pragusid ja lagunemist, vähendades veelgi aku tõhusust ja eluiga.

Liitiumi kadu

Laadimis-tühjenemise tsüklite ajal jäävad mõned liitiumioonid püsivalt elektroodi materjali võrestruktuuri lõksu, muutes need tulevaste reaktsioonide jaoks kättesaamatuks. See liitiumikadu süveneb kõrgetel säilitustemperatuuridel, kuna kõrge temperatuur soodustab rohkemate liitiumioonide pöördumatut kinnistamist võre defektidesse. Selle tulemusena väheneb saadaolevate liitiumioonide arv, mis toob kaasa võimsuse vähenemise ja lühema tsükli eluea.

Lagunemiskiirust mõjutavad tegurid

Säilitustemperatuur

Temperatuur on aku lagunemise peamine tegur. Lagunemisprotsessi aeglustamiseks tuleb patareisid hoida jahedas ja kuivas keskkonnas, ideaaljuhul vahemikus 15°C kuni 25°C. Kõrge temperatuur kiirendab keemiliste reaktsioonide kiirust, suurendades isetühjenemist ja SEI kihi moodustumist, kiirendades seega aku vananemist.

Laadimisolek (SOC)

Osalise SOC säilitamine (umbes 30–50%) säilitamise ajal minimeerib elektroodide pinget ja vähendab isetühjenemise kiirust, pikendades seeläbi aku kasutusiga. Nii kõrge kui ka madal SOC tase suurendavad elektroodide materjali pinget, põhjustades struktuurimuutusi ja rohkem kõrvalreaktsioone. Osaline SOC tasakaalustab stressi ja reaktsiooniaktiivsust, aeglustades lagunemiskiirust.

Väljalaskesügavus (DOD)

Sügavalt tühjenevad akud (kõrge DOD) lagunevad kiiremini kui madala tühjenemisega akud. Sügavad tühjenemised põhjustavad elektroodide materjalides suuremaid struktuurseid muutusi, tekitades rohkem pragusid ja kõrvalreaktsiooniprodukte, suurendades seega lagunemiskiirust. Akude täieliku tühjenemise vältimine ladustamise ajal aitab seda mõju leevendada, pikendades aku kasutusiga.

Kalendri vanus

Akud lagunevad aja jooksul loomulike keemiliste ja füüsikaliste protsesside tõttu. Isegi optimaalsete säilitustingimuste korral lagunevad aku keemilised komponendid järk-järgult ja lagunevad. Õige ladustamispraktika võib seda vananemisprotsessi aeglustada, kuid ei saa seda täielikult ära hoida.

Lagunemise analüüsi tehnikad:

Võimsuse tuhmumise mõõtmine

Aku tühjenemise võimsuse perioodiline mõõtmine annab lihtsa meetodi selle lagunemise jälgimiseks aja jooksul. Aku võimsuse võrdlemine erinevatel aegadel võimaldab hinnata selle lagunemise kiirust ja ulatust, võimaldades õigeaegseid hooldustoiminguid.

Elektrokeemilise impedantsi spektroskoopia (EIS)

See meetod analüüsib aku sisemist takistust, pakkudes üksikasjalikku ülevaadet elektroodide ja elektrolüüdi omaduste muutustest. EIS suudab tuvastada muutusi aku sisemises impedantsis, aidates tuvastada riknemise konkreetseid põhjuseid, nagu SEI kihi paksenemine või elektrolüütide kvaliteedi halvenemine.

Surmajärgne analüüs

Kahjustunud aku lahtivõtmine ning elektroodide ja elektrolüütide analüüsimine selliste meetoditega nagu röntgendifraktsioon (XRD) ja skaneeriv elektronmikroskoopia (SEM) võivad paljastada säilitamise ajal toimuvad füüsikalised ja keemilised muutused. Surmajärgne analüüs annab üksikasjalikku teavet aku struktuuri- ja koostismuutuste kohta, aidates mõista lagunemismehhanisme ning täiustada aku disaini- ja hooldusstrateegiaid.

Leevendusstrateegiad

Lahe panipaik

Hoidke akusid jahedas ja kontrollitud keskkonnas, et minimeerida isetühjenemist ja muid temperatuurist sõltuvaid lagunemismehhanisme. Ideaalis hoidke temperatuurivahemikku 15°C kuni 25°C. Spetsiaalsete jahutusseadmete ja keskkonnakontrollisüsteemide kasutamine võib aku vananemisprotsessi märkimisväärselt aeglustada.

Osalise laadimise salvestusruum

Säilitage ladustamise ajal osalist SOC-d (umbes 30–50%), et vähendada elektroodide pinget ja aeglustada lagunemist. See nõuab akuhaldussüsteemis sobivate laadimisstrateegiate seadistamist, et aku jääks optimaalsesse SOC-vahemikku.

Regulaarne jälgimine

Jälgige perioodiliselt aku mahtuvust ja pinget, et tuvastada lagunemistrende. Vajadusel rakendage nende tähelepanekute põhjal parandusmeetmeid. Regulaarne jälgimine võib samuti anda varakult hoiatuse võimalike probleemide eest, vältides aku ootamatuid rikkeid kasutamise ajal.

Akuhaldussüsteemid (BMS)

Kasutage BMS-i, et jälgida aku seisundit, juhtida laadimis-tühjenemise tsükleid ja rakendada selliseid funktsioone nagu elementide tasakaalustamine ja temperatuuri reguleerimine ladustamise ajal. BMS suudab tuvastada aku olekut reaalajas ja reguleerida automaatselt tööparameetreid, et pikendada aku kasutusiga ja suurendada ohutust.

Järeldus

Kui mõistate põhjalikult lagunemismehhanisme, mõjutegureid ja rakendate tõhusaid leevendusstrateegiaid, saate märkimisväärselt parandada kaubanduslike liitiumioonakude pikaajalist ladustamist. See lähenemisviis võimaldab aku optimaalset kasutamist ja pikendab nende üldist eluiga, tagades tööstuslikes rakendustes parema jõudluse ja kulutõhususe. Täiustatud energiasalvestuslahenduste jaoks kaaluge215 kWh kaubanduslik ja tööstuslik energiasalvestussüsteem by Kamada võim.

Võtke ühendust Kamada Poweriga

HangiKohandatud kaubanduslikud ja tööstuslikud energiasalvestussüsteemid, Pls KlõpsakeVõtke meiega ühendust Kamada Poweriga