Az akkumulátorok minden töltési ciklus során apró mértékű elhasználódást szenvednek, mivel az ionok mozognak bennük, és az elektródák tágulnak a töltés közben. Amikor a lítium-ion cellák extrém szinten működnek – majdnem teljesen üresen vagy teljesen feltöltötten –, akkor extra terhelés éri az akkumulátor anódját. A Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium 2020-as kutatása szerint ez a használati mód akár évi 24%-kal is csökkentheti az akkumulátor kapacitását ahhoz képest, mintha egyensúlyban tartanánk azt. A probléma még súlyosabbá válik, ha az eszközöket rendszeresen 90% felettre töltik, mert ez lítiumbevonat-képződéshez (lithium plating) vezet, ami az egyik fő oka annak, hogy az akkumulátorok idővel hatékonyságukat vesztik.
A lítium-ion akkumulátorok kb. 30% és 70% közötti töltöttségtartományban tartása segít megelőzni a kellemetlen kristályképződést az elektródokon, ami körülbelül 40%-kal csökkenti ezek kialakulását ahhoz képest, mintha az akkumulátort teljesen lemerítenénk 0-ról 100%-ra. Az Energiatudományi Osztály 2019-ben vizsgálta ezt, és érdekes dolgot fedezett fel: kísérleteik szerint, ha ezek az akkumulátorok csak félig merülnek le (kb. 50%), akkor 1200 és 1500 töltési ciklus után is eléri eredeti kapacitásuk 80%-át. Ez jelentős javulás az 500 ciklushoz képest, amit akkor tapasztalunk, ha az akkumulátorok folyamatosan teljes mértékben lemerülnek. Az autógyártók is figyeltek erre. Számos elektromos jármű ma már csak 80%-ig enged gyorstöltést, mint részét annak az összestratégiai megközelítésnek, amely célja, hogy hosszú távon egészséges állapotban tartsa ezeket a drága akkumulátorcsomagokat. A Tesla, a Nissan és mások hasonló módszereket alkalmaznak EV modelljeik tervezésénél.
| Feltöltés Mélysége | Átlagos ciklusélettartam | Kapacitástartás 3 év után |
|---|---|---|
| 100% (Teljes) | 500 ciklus | 65%-70% |
| 50% | 1200 ciklus | 85%-88% |
Amikor akkumulátor-ciklusról beszélünk, alapvetően azt tekintjük, amikor az akkumulátor teljes töltetének 100%-a elfogyott, akár egyszerre, amikor az eszköz teljesen lemerül, akár több kisebb töltési cikluson keresztül egy nap során. A modern akkumulátorok ezen elhasználódás nyomon követésének módja segít megérteni, miért tapasztalhatnak az emberek nagyon eltérő élettartamot ugyanolyan modellű eszközeiknél. Azok, akik inkább részletekben töltik eszközeiket, általában azt tapasztalják, hogy akkumulátoruk eredeti kapacitásának még kb. 92%-át őrzi meg kb. 500 teljes töltési ciklus után. Ezzel szemben azok, akik rendszeresen nulláig merítik akkumulátorukat, hasonló használat mellett gyakran csak 76%-os kapacitást érnek el, ahogyan azt a Consumer Reports 2022-es tesztjei is mutatták.
A lítiumion-akkumulátorok töltöttségi szintjének 20 és 80% között tartása jelentősen csökkenti az idővel fellépő elektrokémiai terhelést. A Battery University 2023-as legújabb eredményei szerint, ha a töltési feszültséget körülbelül 3,92 voltra cellánként korlátozzuk – ami kb. 65% töltöttségi szintnek (SOC) felel meg –, az akkumulátorok lényegesen hosszabb ideig használhatók lecserélés nélkül. Ahelyett, hogy a megszokott 300–500 ciklust kapnánk teljes töltöttségnél (4,2 V/cella), ez a módszer akár körülbelül 2400 ciklus elérését is lehetővé teszi. Miért működik ennyire jól? Ez segít megelőzni a két fő problémát, amelyek rövidítik az akkumulátor élettartamát: a lítium bevonódását az anód oldalon, valamint az oxidációt a katód anyagában. Ezek a folyamatok okozzák alapvetően az akkumulátorok teljesítményének romlását az életkor előrehaladtával.
| Töltöttségi szint (V/cella) | Élettartam ciklusokban | Kapacitás megőrzése |
|---|---|---|
| 4,20 (100% SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (65% SOC) | 1,200–2,000 | 65% |
Azok az emberek, akik többet törődnek az akkumulátor élettartamával, mint a készülékeik maximális üzemidejének kihasználásával, fontolóra vehetik, hogy töltöttségi szintjüket 25% és 75% között tartsák. Ez a módszer körülbelül 35%-kal csökkenti a napi feszültség-ingadozásokat, így lassítja az akkumulátorcellákban kialakuló SEI-réteg növekedését. Az SEI-réteg gyakorlatilag az oka annak, hogy az akkumulátorok idővel romlanak. Persze ez a megközelítés azt jelenti, hogy pillanatnyilag kb. 15–20%-kal kevesebb rendelkezésre álló kapacitást használhatunk, de olyan eszközök esetében, amelyeket nem használnak egész nap, például tartalékenergia-rendszerek vagy szezonális berendezések, a nyereség hatalmas. Egyes tesztek szerint az ilyen módon üzemeltetett akkumulátorok teljes élettartamuk alatt háromszor annyi összes energiát képesek leadni.
Ha a lítium-akkumulátorok hosszabb ideig 80% feletti töltöttségi szinten maradnak, sokkal gyorsabban romlanak, mivel belső ellenállásuk növekszik, és az elemek belsejében hő keletkezik. A jelenség mögött álló tudományos magyarázat szerint az akkumulátor élettartama felére csökken, ha cellánként 4,2 volt feszültségig töltjük (teljes töltöttség), ahhoz képest, mintha körülbelül 4,0 volton tartanánk őket. Ha valós eszközökre nézünk, például okostelefonokra, az a személy, aki naponta feltölti telefonját 100%-ra, azt tapasztalhatja, hogy már tizenkét hónap után az akkumulátor kapacitása csak körülbelül 73%-a az eredeti értéknek. Ezzel szemben, aki rendszeresen 80%-nál leállítja a töltést, annak telefonja valószínűleg több mint 90%-os hatékonysággal fog működni egy egész évnyi rendszeres használat után is.
A részleges kisülések csökkentik a mechanikai terhelést a töltési-kisütési ciklusok során, így kevésbé terhelik az akkumulátor anyagait. A sekély használat (például 20–40% kisütés újratöltés előtt) korlátozza az elektródák tágulását és összehúzódását, míg a mély ciklusok extrémebb szerkezeti változásokat eredményeznek, amelyek elősegítik a katód repedését és az elektrolit határterületeinek instabilitását.
Tanulmányok kimutatták, hogy az akkumulátorok, amelyeket 100%-os kisütési mélységig (DoD) használnak, elvesztik kapacitásukat háromszor gyorsabban mint azok, amelyeket 50%-os DoD-nál használnak. Az iparág ajánlott gyakorlata ezt tükrözi, hangsúlyozva a részleges kisütést az aktív anyagok rácsdegradációjának megelőzése érdekében.
A kisütési mélység és az élettartam közötti összefüggés logaritmikus tendenciát követ:
| Tölthetőség Mélysége (DOD) | Átlagos Élettartam (Li-ion) |
|---|---|
| 100% | 300–500 ciklus |
| 80% | 600–1000 ciklus |
| 50% | 1200–2000 ciklus |
| 20% | 3000+ ciklus |
Akkumulátorok kb. 50%-os merítési mélységnél tartása valójában védi a nikkel-mangán-kobalt katódok belső kristályszerkezetét, és ionos szinten is stabilabbá teszi az anyagot. Egy tavalyi kutatás érdekes eredményeket is mutatott. Amikor az akkumulátorokat körülbelül felük kapacitásánál használták, akkor is megőrizték eredeti teljesítményük kb. 92%-át, még 1000 töltési ciklus után is. Ám amikor a felhasználók teljesen lemerítették őket minden alkalommal, ugyanezek az akkumulátorok már a 400. ciklusnál majdnem 40%-ot veszítettek kapacitásukból. Ez jelentős különbséget jelent. Olyan eszközök esetében, ahol a megbízhatóság a legfontosabb, például életmentő orvosi berendezések vagy napelemes energia tárolása, ez a sekély ciklusú használat hosszú távon igazán előnyös.
A lítiumion-akkumulátorok akkor kopnak a leggyorsabban, ha magas feszültségszinten tartják őket, különösen akkor, ha cellánként kb. 4,2 volt körül vannak. Néhány friss tanulmány szerint az akkumulátor töltöttségének 20% és 80% között tartása mintegy kétharmaddal csökkenti a kémiai terhelést az akkumulátorcellák belsejében ahhoz képest, mintha teljesen kiürítenék és újratöltenék őket (ahogyan azt a Jefferson WI ipari akkumulátor-tanulmány 2023-ban megjegyezte). Még rövid ideig tartó túltöltés is okozhatja, hogy a belső hőmérséklet veszélyesen magasra emelkedjen, ami növeli annak esélyét, hogy bekövetkezzen egy komoly probléma, amit termikus futásnak neveznek. Bár sok újabb töltő automatikusan átvált egy lassabb töltési módba, amint eléri a kb. 80%-ot, az akkumulátor hosszú ideig történő csatlakoztatása teljes töltöttség mellett továbbra is az elektrolit oldat belsejében való lebomlásához vezet. Ezért okos felhasználók gyakran kihúzzák készülékeiket mielőtt a kijelző teljesen feltöltött állapotot mutatna.
A hő jelentős mértékben hozzájárul az akkumulátorok degradációjához. Minden 8 °C-kal (15 °F) 35 °C (95 °F) feletti hőmérsékletnél az öregedési folyamat duplázódik. Egy 2022-es Idaho National Laboratory tanulmány kimutatta, hogy a 40 °C-on üzemeltetett lítiumion-akkumulátorok feleannyi ciklus alatt elvesztették kapacitásuk 50%-át, mint a 20 °C-on működtetettek. Egyszerű óvintézkedések segíthetnek:
A gyengébb minőségű töltők gyakran nem rendelkeznek megfelelő feszültségszabályozással, így az akkumulátorok káros feszültségingadozásnak vannak kitéve. Egy 2024-es iparági jelentés szerint a nem hitelesített USB-C töltők 78%-a meghaladta a biztonságos feszültséghatárt több mint 10%-kal. Az akkumulátor élettartamának védelme érdekében olyan töltőt válasszon, amely rendelkezik:
Ez a tévhit a régebbi nikkel-kadmium akkumulátorokból ered, amelyek szenvedtek a „memóriahatás”-tól. A modern lítium-ion akkumulátorok részleges, gyakori töltések mellett működnek a legjobban. A teljes lemerítés növeli az elektrokémiai terhelést, és felgyorsítja a kapacitásvesztést. Például egy 40% és 80% közötti töltöttségi szint közötti ciklus 30%-kal csökkenti az öregedést, összehasonlítva a teljes 0–100%-os ciklusokkal.
A modern akkumulátor-kezelő rendszerek valóban megakadályozzák a túltöltést, de az akkumulátor hosszabb ideig tartó 100%-os töltöttségen tartása, különösen az éjszakai töltés továbbra is extra terhelést jelent az akkumulátor belső kémiai elemeire. A 2023-as hőképalkotó tesztek érdekes dolgot mutattak ki: azok az akkumulátorok, amelyek egész éjszaka csatlakoztatva maradtak, belül kb. 8 °C-kal magasabb hőmérsékleten működtek, mint azok, amelyeket a nap folyamán rövidebb időszakokban töltöttek fel. A legtöbb ember számára az bizonyult a legjobb megoldásnak, ha kihúzza a töltőt, amikor az eszköz töltöttsége kb. 80–90 százalékra ér. Ez csökkenti azt az időtartamot, amíg az akkumulátorcellák magas feszültség alatt vannak, így hosszú távon segíti az élettartamuk megőrzését.
A részleges merítések jelentősen meghosszabbítják az akkumulátor élettartamát – az 50%-os merítési mélység kb. kétszer annyi ciklust eredményez, mint a teljes merítés. Alkalmazd ezeket a szokásokat:
A gyorstöltés akár 40%-kal több hőt termel, mint a szabványos töltés, növelve ezzel a hőterhelést az anódmateriálokon. Gyorsított öregedési tesztek azt mutatják, hogy ez az alkatrészek kopását 2,3-szor gyorsíthatja. A gyorstöltést csak szükség esetén használja, és távolítsa el a védőtokot a nagy sebességű töltés alatt a jobb hőelvezetés érdekében, így megőrizve az akkumulátor integritását.
EN