EN
Quick Links
باتری‌های قابل شارژ لیتیومی به دلیل چیزی به نام گرمای دودویی دارای خطر جدی آتش‌سوزی هستند. این اتفاق اساساً زمانی رخ می‌دهد که باتری شروع به گرم کردن خود به صورت غیرقابل کنترل کند و حتی ممکن است منفجر شود. این مشکل معمولاً پس از آسیب فیزیکی به باتری، شارژ بیش از حد آن، یا قرار گرفتن در دمایی بیش از 60 درجه سانتی‌گراد رخ می‌دهد. این شرایط باعث تخریب قطعات داخلی می‌شوند که مواد درون باتری را از هم جدا نگه می‌داشتند و سپس واکنش‌های شیمیایی را فعال می‌کنند که منجر به آزاد شدن مواد الکترولیت قابل اشتعال می‌گردند. حتی سوراخ شدن یک سلول می‌تواند به سرعت سلول‌های مجاور را نیز فعال کند. برای مدیریت این خطر، تولیدکنندگان نیازمند سیستم‌های کنترل ولتاژ مناسب و رعایت رویه‌های صحیح تخلیه قبل از نگهداری یا حمل و نقل هستند. بسیاری از شرکت‌ها اکنون ویژگی‌های ایمنی خاصی را در طراحی باتری‌های خود تعبیه کرده‌اند تا از چنین وقایعی جلوگیری شود.
ثبات باتری‌ها واقعاً تحت تأثیر هم دمای هوا و هم رطوبت قرار می‌گیرد. تحقیقات نشان می‌دهد که وقتی سلول‌ها در دمای بالاتر از 25 درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شوند، سرعت فرسایش آنها حدوداً سه برابر سلول‌هایی است که در دمای بین 15 تا 20 درجه نگهداری می‌شوند. آزمایش‌های الکتروشیمیایی نیز این موضوع را تأیید می‌کنند. وقتی هوا خیلی مرطوب می‌شود، رطوبت بالای 60% در واقع شروع به خوردن سرمه‌های باتری می‌کند و رشد دندریت‌های خطرناک را درون سلول تحریک می‌کند. این امر احتمال ایجاد اتصال کوتاه درونی را بسیار افزایش می‌دهد. برای نگهداری مناسب، بهتر است باتری‌ها را در جایی نگه دارید که دما تقریباً ثابت باشد. از قرار دادن آنها در سقف‌های شیب‌دار یا گاراژها که دما در طول روز می‌تواند بیش از 10 درجه تغییر کند، خودداری کنید. کنترل رطوبت در سطح پایین‌تر از 50% نیز بسیار مهم است. کیسه‌های ژل سیلیسی به خوبی می‌توانند رطوبت اضافی را جذب کنند و از خسارات ناشی از شرایط مرطوب محافظت کنند.
وقتی باتری‌ها بیش از حد طولانی داغ می‌شوند، این موضوع در واقع یک سوءاستفاده حرارتی محسوب می‌شود و یکی از دلایل اصلی خرابی زودهنگام آنها است. هر کسی که بسته‌های باتری خود را در مجاورت دهانه‌های گرمایشی، نزدیک به موتورهای در حال کار، یا در معرض نور خورشید قرار دهد، به زودی متوجه مشکلاتی خواهد شد. کاتدها با گذشت زمان شروع به تخریب می‌کنند، که به معنی آن است که باتری هر سال بین ۱۵ درصد و شاید حتی تا ۳۰ درصد از ظرفیت شارژ خود را از دست می‌دهد. اگر این باتری‌ها به طور مداوم در معرض دمای بالای ۴۰ درجه سانتی‌گراد قرار گیرند، واکنشی شدید درون آنها رخ می‌دهد. الکترولیت شروع به تبدیل شدن به گاز می‌کند، که منجر به متورم شدن جعبه باتری می‌شود و زمانی که بخواهیم باتری را شارژ کنیم، مشکلات ایمنی واقعی ایجاد می‌کند. بر اساس آنچه در آزمایش‌های مادون قرمز دیده‌ایم، حفظ دمای محیط نگهداری در زیر ۳۰ درجه سانتی‌گراد بسیار مهم است. بیشتر افراد این مشکل را با فراهم کردن فضای کافی در اطراف باتری‌ها برای جریان هوا و گاهی اضافه کردن یک ماده عایق حرارتی بین باتری و منبع گرما در مجاورت آن، برطرف می‌کنند.
باتری‌های لیتیومی قابل شارژ عملکرد اوج خود را در حالت 40 تا 50 درصد شارژ حفظ می‌کنند. این محدوده به عنوان «منطقه طلایی» شناخته می‌شود و فشار کمی روی کاتد و آند اعمال می‌کند و از واکنش جانبی لیتیوم‌پوشانی که باعث خرابی الکترودها می‌شود جلوگیری می‌کند. یک تحلیل انجام شده در سال 2023 از 12 تولیدکننده بزرگ باتری لیتیومی نشان داد که 92 درصد از تولیدکنندگان، شارژ جزئی را برای نگهداری باتری توصیه می‌کنند که نشان‌دهنده توافق گسترده در صنعت است.
نگه داشتن باتری‌ها در شارژ کامل در واقع تجزیه مواد شیمیایی داخلی آنها را تسریع می‌کند، در حالی که اجازه دادن به آنها تا کاملاً تخلیه شوند می‌تواند منجر به ایجاد رسوب مسی خطرناک درون سلول‌های باتری شود. بر اساس آخرین نسخه کد آتش‌نشانی بین‌المللی از سال 2024، نگه داشتن باتری‌ها در حداکثر ۳۰ درصد شارژ، احتمال بروز حوادث گرمایش بیش از حد را نسبت به نگه داشتن آنها در شارژ کامل تا حدود ۳۷ درصد کاهش می‌دهد. بیشتر افراد معمولی در می‌یابند که نگه داشتن باتری‌هایشان در محدوده ۴۰ تا ۵۰ درصد شارژ بهترین عملکرد را در زندگی روزمره دارد. این محدوده فضای کافی برای جبران افت طبیعی ۵ درصدی ماهانه شارژ را فراهم می‌کند، بدون اینکه خطر تخلیه کامل باتری وجود داشته باشد که در بلندمدت موجب آسیب جدی به آنها می‌شود.
حتی در شرایط ایده‌آل، باتری‌های لیتیومی به دلیل رشد فاز میانی الکترولیت جامد (SEI) هر ساله 2 تا 4 درصد از ظرفیت خود را از دست می‌دهند. برای مدتی که نگهداری بیش از شش ماه باشد، باتری را هر 3 تا 6 ماه یک بار تا 50 درصد دوباره شارژ کنید تا از تخلیه کامل جلوگیری شود. در حالی که سیستم‌های مدیریت باتری صنعتی از الگوریتم‌های تطبیقی بر اساس دما استفاده می‌کنند، برای کاربردهای مصرفی نظارت دستی کافی است.
نکته کلیدی :
| مدت زمان نگهداری | اقدام توصیه‌شده |
|---|---|
| کمتر از 3 ماه | در محدوده 40 تا 50 درصد نگهداری شود |
| 3 تا 12 ماه | هر سه ماه یک بار دوباره شارژ شود |
| >12 ماه | از هشدارهای ولتاژ استفاده کنید |
باتری‌های لیتیوم-یونی بهترین عملکرد را در زمانی که در محدوده 15°C و 25°C (59°F–77°F) . قرارگیری در معرض دماهای پایین‌تر از 0°C (32°F) رسانایی یونی را کاهش می‌دهد، در حالی که دماهای بالاتر از 45°C (113°F) خطر فرار حرارتی ناشی از ذوب شدن جداکننده را افزایش می‌دهد. تحقیقات نشان می‌دهد که سلول‌هایی که در دمای 35°C نگهداری می‌شوند، هر ساله 30 درصد بیشتر از ظرفیت خود را از دست می‌دهند نسبت به سلول‌هایی که در دمای 20°C نگهداری می‌شوند.
| وضعیت | محدوده ایده آل | آستانه خطر |
|---|---|---|
| دمای | 15°C–25°C (59°F–77°F) | <0°C یا >45°C (32°F–113°F) |
| رطوبت نسبی | 45–55% | >90% |
هرگز باتری‌ها را در مجاورت رادیاتورها، در معرض مستقیم نور خورشید، یا در ماشین‌های بسته در هوای گرم نگه ندارید. کنترل دما نقش بسزایی در سلامت باتری ایفا می‌کند. هنگامی که دماهای روزانه بیش از 10 درجه سانتی‌گراد (حدود 18 درجه فارنهایت) تغییر کنند، الکترودهای داخلی در واقع منبسط و منقبض می‌شوند و این امر باعث ایجاد تنش مکانیکی واقعی در طول زمان می‌گردد. برای مجموعه‌های کوچک در خانه یا دفتر، جعبه‌های پلاستیکی عایق‌بندی‌شده بهترین گزینه هستند، به شرطی که در محلی با دمای اتاق پایدار قرار گرفته باشند. عملیات بزرگ نیازمند سیستم‌های مناسب HVAC هستند که بتوانند دما را در محدوده باریکی به اندازه ±2 درجه حفظ کنند. این امر مانع از این می‌شود که برخی از مناطق زودتر از سایرین فرسوده شوند و در نتیجه عمر کلی باتری به‌طور قابل‌توجهی کاهش یابد.
هنگامی که سطح رطوبت بالای 70 درصد قرار می‌گیرد، ترمینال‌ها شروع به خوردگی می‌کنند و خطر تشکیل اسید فلوئوریدریک درون جعبه‌های باتری وجود دارد، که این امر عمر باتری را در مناطق گرم و مرطوب تقریباً 40 درصد کاهش می‌دهد. از سوی دیگر، هنگامی که رطوبت زیر 30 درصد سقوط کند، الکتریسیته ساکن به مشکل بزرگی تبدیل می‌شود که می‌تواند به قطعات حساس آسیب برساند. در اینجا جریان هوا به خوبی ضروری است، تا جایی که هدف گرفتن بین شش تا دوازده بار تعویض کامل هوا در هر ساعت به پاک کردن ترکیبات آلی فرار خطرناکی که از سلول‌های قدیمی باتری خارج می‌شوند کمک می‌کند. بیشتر تأسیسات برای حفظ ثبات از بسته‌های ژل سیلیکا یا دیواره‌کن‌های صنعتی استفاده می‌کنند، که به ویژه برای نگهداری باتری‌های لیتیوم فریک فسفات بسیار مهم است، چرا که این باتری‌ها نسبت به نوسانات رطوبت بسیار حساس هستند. کارشناسان صنعت به طور کلی پیشنهاد می‌دهند که نظارت و تعمیرات منظم این کنترل‌های محیطی انجام شود.
برای استفاده روزانه یا هفتگی، باتری‌ها را در محیطی خشک و با دمای اتاق (15–25 درجه سانتی‌گراد/59–77 درجه فارنهایت) با شارژ 40–50 درصدی نگهداری کنید. این امر باعث کاهش تنش الکترود و در عین حال حفظ آمادگی باتری می‌شود. از ظروف غیر هادی استفاده کنید، از انباشتن باتری‌ها خودداری کنید و آنها را از اشیاء فلزی دور نگه دارید. باتری‌ها را بیش از 30 روز در دستگاه‌ها باقی نگذارید تا از زدودن شارژ ناخواسته جلوگیری شود.
باتری‌هایی که برای شش ماه یا بیشتر نگهداری می‌شوند نیازمند کنترل دقیق شرایط محیطی هستند:
| فاکتور | شرایط ایده‌آل | فرکانس پایش |
|---|---|---|
| سطح شارژ | 40–50% | هر 3 ماه یک بار |
| دمای محیط | 10–20 درجه سانتی‌گراد (50–68 درجه فارنهایت) | ماهانه |
| رطوبت | <50% رطوبت نسبی | دو هفته یک بار |
گزارش ایمنی باتری 2023 نشان داد که باتری‌هایی که به مدت شش ماه با شارژ کامل نگهداری شدند، 18–22 درصد از ظرفیت خود را از دست دادند، در حالی که این میزان برای باتری‌هایی که در شارژ 50 درصد نگهداری شدند تنها 2–4 درصد بود. نگهداری در محیط با کنترل شرایط آب‌وهوایی بسیار توصیه می‌شود.
باتری‌های یون لیتیوم دارای نرخ تخلیه خودبه‌خودی 1.5 تا 2 درصد در ماه هستند. برای جلوگیری از تخلیه کامل، هر 6 تا 9 ماه یکبار باتری را تا 50 درصد دوباره شارژ کنید، اما هرگز در هنگام شارژ نگهداری بیش از 85 درصد را تجاوز نکنید. اجازه دادن به ظرفیت باتری برای کاهش زیر 5 درصد باعث تسریع فرآیند سولفاته شدن می‌شود که یک فرآیند تخریبی است و سالانه هزینه تعویض زودرس باتری‌ها را به میزان 740 میلیون دلار آمریکا به کسب‌وکارهای این کشور تحمیل می‌کند (Ponemon، 2023).
بیشتر تولیدکنندگان اصلی همراه با سازمان‌های ایمنی مانند UL Solutions و انجمن حفاظت از حریق ملی در مورد چندین دستورالعمل پایه‌ای برای نگهداری به توافق رسیده‌اند. دما باید در محدوده تقریباً 10 تا 25 درجه سانتی‌گراد (معادل 50 تا 77 درجه فارنهایت) حفظ شود، در حالی که رطوبت نسبی در محدوده 50 تا 60 درصد بهترین حالت را فراهم می‌کند. بر اساس استاندارد NFPA 855، باید باتری‌ها از هر چیزی که ممکن است آتش بگیرد دور نگه داشته شوند و همچنین باید بررسی‌های مداومی روی شرایط دمایی انجام شود. چند نکته مهم در هنگام کار با این اقلام شامل حفظ وضعیت عمودی آنها با پوشش‌های محافظ در محل خود و جلوگیری از انباشته شدن شل و آزاد آنها با یکدیگر است. برای عملیات بزرگ‌تر، نصب تجهیزات تصویربرداری حرارتی در کنار سیستم‌های غیرفعال خاموش کننده حریق منطقی است. این اقدامات به پیشگیری از شرایط خطرناکی که باتری‌ها شروع به گرم شدن غیرقابل کنترل می‌کنند کمک می‌کند.
بر اساس یک مطالعه انجام شده توسط دانشگاه باتری در سال 2023 روی حدود 2000 عدد باتری ابزار برقی بازگشتی، باترهایی که به‌صورت نادرست نگهداری شده بودند، ظرفیت خود را تا دو سوم در عرض 18 ماه از دست دادند. آن‌هایی که در شرایط مناسب نگهداری شدند تنها کمتر از 20٪ ظرفیت خود را از دست دادند. وقتی باتری‌ها به این شدت از بین می‌روند، معمولاً مشکلاتی از قبیل افت ولتاژ و چیزی به نام لیتیوم پلیتینگ (لایه‌نشانی لیتیوم) روی الکترودها را نشان می‌دهند. محققان دریافتند که بسیاری از دستگاه‌های هوشمند زودرس دچار خرابی می‌شوند، زیرا افراد اغلب آنها را در دمای بالای 30 درجه سانتی‌گراد به‌صورت مداوم در حال شارژ نگه می‌دارند. با بررسی بیشتر دلایل این اتفاق، دانشمندان به تشکیل سریع‌تر لایه‌ای به نام لایه SEI و تجزیه شیمیایی محلول الکترولیت درون سلول‌های باتری اشاره کردند، زمانی که باتری‌ها برای مدت طولانی در حالت کاملاً شارژ شده باقی می‌مانند.
بیشتر کارشناسان با این امر موافقند که نگه داشتن باتری‌ها به‌صورت نیمه‌شارژ شده، می‌تواند به کاهش واکنش‌های شیمیایی ناخواسته درون آنها کمک کند. بر اساس مطالعات انجمن الکتروشیمیایی، باتری‌هایی که در شارژ کامل (SOC 100%) نگه داشته می‌شوند، مقاومت داخلی‌شان را هر ماه حدود 15 درصد افزایش می‌دهند. این میزان بسیار بیشتر از آنچه در باتری‌هایی که در حدود 60 درصد از ظرفیت کلی خود نگه داشته می‌شوند اتفاق می‌افتد، جایی که افزایش مقاومت تنها حدود 2.2 درصد است. تولیدکنندگان بزرگی مانند Dell و Tesla توصیه می‌کنند که برای حفظ تعادل شیمیایی بهتر در طول زمان، سطح شارژ باتری بین 40 تا 60 درصد حفظ شود. هنگام نگهداری باتری‌ها برای مدت‌های طولانی، منطقی است که هر سه ماه یکبار موجودی باتری‌ها را چرخه‌بندی کنید. شارژ مجدد تمامی باتری‌ها به حدود 50 درصد از ظرفیت‌شان هر 90 روز یکبار، می‌تواند به مبارزه با مشکلات تخلیه طبیعی کمک کند و از مشکلات جدی‌تری مانند انحلال دائمی مس جلوگیری کند، زمانی که سطح شارژ به زیر 20 درصد SOC برسد.
باتری‌های لیتیومی قابل شارژ عمدتاً در معرض خطر هستند زیرا امکان گرمایش خارج از کنترل، خطر آتش‌سوزی و تخریب به دلیل شرایط نامناسب نگهداری از جمله دما و رطوبت بسیار بالا یا پایین وجود دارد.
برای افزایش عمر باتری، باتری‌های لیتیومی را در شرایطی با دمای ثابت بین 15 تا 25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 45 تا 55 درصد و با شارژ جزئی (40-50 درصد) نگهداری کنید.
برای نگهداری بلندمدت، باتری‌ها را در شارژ 40-50 درصدی نگه‌دارید، به‌طور منظم شرایط محیطی را کنترل کنید و هر 3 تا 6 ماه یکبار آنها را تا حدود 50 درصد دوباره شارژ کنید تا از تخلیه کامل جلوگیری شود.
شارژ جزئی از استرس بیش از حد بر روی قطعات باتری می‌کاهد، تخریب را کاهش می‌دهد و به حفظ تعادل شیمیایی درون سلول‌ها کمک می‌کند، این امر از واکنش‌های شیمیایی ناخواسته جلوگیری کرده و عمر باتری را افزایش می‌دهد.