EN
Ātrās saites
Uzlādējamās baterijas pēc katra uzlādes cikla piedzīvo nelielu nodilumu, jo tajās pārvietojas joni un elektrodi izplešas uzlādes laikā. Kad litija jonu elementi darbojas ļoti zemā vai pilnībā piepildītā līmenī, tas rada papildu slodzi baterijas anoda daļai. Saskaņā ar 2020. gadā veiktu Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas pētījumu, šāda lietošana faktiski var samazināt baterijas kapacitāti līdz pat 24% gadā, salīdzinot ar līdzsvarotu lietošanu. Problēma kļūst vēl sliktāka, ja ierīces regulāri tiek uzlādētas virs 90%, jo tas rada parādību, ko sauc par litija plāksnēm, kas ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc baterijas zaudē efektivitāti laika gaitā.
Litija jonu baterijas uzturēšana aptuveni 30% un 70% līmeņa uzlādē palīdz novērst nepatīkamas kristālu veidošanos uz elektrodiem, samazinot to par aptuveni 40% salīdzinājumā ar pilnu izlādi no 0 līdz 100%. Enerģētikas departaments 2019. gadā pētīja šo jautājumu un atklāja kaut ko interesantu: testi parādīja, ka, kad šādas baterijas izlādējas tikai pusi (apmēram 50%), tās ilgst no 1 200 līdz 1 500 uzlādes cikliem, pirms sasniedz tikai 80% no sākotnējās jaudas. Tas ir ievērojams pieaugums salīdzinājumā ar tikai 500 cikliem, kad baterijas atkārtoti tiek pilnībā izlādētas. Šo faktu ir ievērojuši arī automašīnu ražotāji. Daudzas elektriskās transportlīdzekļu markas tagad ierobežo ātrās uzlādes līmeni līdz 80%, lai ilgtermiņā saglabātu dārgo bateriju komplektu veselību. Tesla, Nissan un citi izmanto līdzīgas stratēģijas savu EV konstrukcijās.
| Ielādes dziļums | Vidējais cikla ilgums | Jaudas saglabāšana pēc 3 gadiem |
|---|---|---|
| 100% (pilna) | 500 cikli | 65%-70% |
| 50% | 1 200 cikli | 85%-88% |
Runājot par baterijas ciklu, mēs būtiski vērojam 100% no baterijas kopējā lādiņa izmantošanu, vai nu tas notiek vienā reizē, kad ierīce pilnībā izlādējas, vai arī vairākos mazākos lādiņos dienas laikā. Mūsdienu bateriju metodes šīs nodilšanas uzskaitīšanai palīdz izskaidrot, kāpēc cilvēkiem var būt ļoti atšķirīgas pieredzes ar savu ierīču baterijas darbības ilgumu, pat ja viņi lieto tieši vienu un to pašu modeļa versiju. Cilvēki, kas parasti lādē savas ierīces daļēji, parasti konstatē, ka pēc aptuveni 500 pilniem lādēšanas cikliem baterija joprojām saglabā apmēram 92% no sākotnējās jaudas. Salīdzinājumam — tie, kas regulāri ļauj baterijai pilnībā izlādēties līdz nullei, bieži redz, ka pēc līdzīgas lietošanas ierīces jauda krītas līdz tikai 76%, liecina 2022. gadā veiktie Consumer Reports testi.
Turēt litija jonu baterijas starp 20% un 80% uzlādes līmeni patiešām samazina elektroķīmisko spriegumu, ko tās pieredz laika gaitā. Saskaņā ar 2023. gada jaunākajiem atklājumiem no Battery University, kad mēs ierobežojam uzlādes spriegumu apmēram līdz 3,92 voltiem katram elementam, kas atbilst aptuveni 65% uzlādes stāvoklim (SOC), šīs baterijas ilgst daudz ilgāk, pirms tās jānomaina. Nevis parastie 300 līdz 500 cikli, ko iegūst pilnas uzlādes līmenī 4,2 volti uz elementu, šis paņēmiens ļauj sasniegt aptuveni 2400 ciklus. Kas liek šim risinājumam tik labi darboties? Tas palīdz novērst divas lielas problēmas, kas saīsina bateriju kalpošanas laiku: litija plākšņu veidošanos anoda pusē un oksidāciju katoda materiālā. Tieši šie procesi galvenokārt rada bateriju degradāciju to novecošanās procesā.
| Uzlādes līmenis (V/elementu) | Cikla kalpošanas laika diapazons | Jaudas saglabāšana |
|---|---|---|
| 4,20 (100% SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (65% SOC) | 1,200–2,000 | 65% |
Cilvēkiem, kuri vairāk rūpējas par baterijas kalpošanas laiku nekā par to, lai iegūtu katru pēdējo darbības ilguma sekundi no savām ierīcēm, vajadzētu apsvērt iespēju uzturēt lādiņa līmeni starp 25% un 75%. Šāds pieeja samazina ikdienas sprieguma svārstības aptuveni par 35%, kas palīdz palēnināt SEI slāņa augšanu uz bateriju elementiem. SEI slānis būtiski ir tas, kas izraisa bateriju degradāciju laika gaitā. Protams, šī metode nozīmē aptuveni 15–20% lietotspējas zaudējumu jebkurā konkrētā brīdī, taču ierīcēm, kas netiek izmantotas visu dienu, piemēram, rezerves enerģijas sistēmām vai sezonas aprīkojumam, ieguvums ir milzīgs. Daži testi liecina, ka šādas baterijas, darbinot tās šaurākā diapazonā, var nodrošināt trīs reizes vairāk kopējās enerģijas visā to kalpošanas laikā.
Kad litijsas baterijas ilgu laiku uzturas virs 80% uzlādes stāvokļa, tās tendēcētiski ātrāk novecējas, jo to iekšējā pretestība palielinās kopā ar siltuma uzkrāšanos šūnās. Zinātniskais pamatojums liecina, ka uzlāde līdz 100% pie 4,2 voltiem katrā elementā faktiski samazina baterijas kalpošanas laiku par pusi, salīdzinot ar to, ja tā tiek uzturēta aptuveni 4,0 voltu līmenī. Aplūkojot reālas ierīces, piemēram, viedtālruņus, lietotājs, kurš ikdienā uzlādē savu tālruni līdz 100%, pēc viena gada var konstatēt, ka baterija saglabā tikai aptuveni 73% no sākotnējās jaudas. Taču, ja cits lietotājs regulāri uzlādē bateriju tikai līdz 80%, tad pēc gada parastas lietošanas tālruņa baterija, visticamāk, joprojām darbosies ar vairāk nekā 90% efektivitāti.
Daļējas izlādes samazina baterijas materiālu slodzi, mazinot mehānisko spriegumu lādēšanas un izlādēšanas ciklos. Paukšķa izmantošana (piemēram, 20–40% izlāde pirms atkārtotas uzlādes) ierobežo elektrodu izplešanos un saraušanos, savukārt dziļie cikli rada straujākas strukturālas izmaiņas, kas veicina katodu plaisāšanu un elektrolīta saskarņu nestabilitāti.
Pētījumi parāda, ka baterijas, kurām tiek piemērots 100% izlādes dziļums (DoD), zaudē kapacitāti trīs reizes ātrāk salīdzinājumā ar tām, kuras ekspluatētas pie 50% izlādes dziļuma. Rūpniecības labākās prakses to atspoguļo, uzsvērot daļēju izlādi, lai novērstu režģa degradāciju aktīvajos materiālos.
Izlādes dziļuma un cikla ilgmūžības attiecība seko logaritmiskai tendencei:
| Atlaides dziļums (DOD) | Vidējais cikla ilgums (Li-jonu) |
|---|---|
| 100% | 300–500 cikli |
| 80% | 600–1 000 cikli |
| 50% | 1 200–2 000 cikli |
| 20% | 3 000+ cikli |
Baterijas izlādēšana aptuveni līdz 50% no maksimālās jaudas faktiski aizsargā šo niķeļa-mangāna-kobalta katodu kristālstruktūru un uztur stabilitāti iekšējā, jonu līmenī. Pētījumi pagājušā gada laikā parādīja arī interesantus rezultātus. Kad baterijas tika izmantotas aptuveni piecas to ietilpības, tās saglabāja apmēram 92% no sākotnējās jaudas pat pēc 1 000 uzlādes cikliem. Taču, kad lietotāji tās pilnībā izlādēja katru reizi, tās pašas baterijas zaudēja gandrīz 40% no savas ietilpības jau pēc 400 cikliem. Tas rada lielu atšķirību. Iekārtām, kur uzticamība ir visbiežāk svarīgākā, piemēram, dzīvību glābjošā medicīniskā aprīkojumā vai saules enerģijas uzglabāšanā, šāda sekla cikliska uzlāde ilgtermiņā ļoti atmaksājas.
Litija jonu baterijas visātrāk nodilst, ja tās tiek uzturētas augstos sprieguma līmeņos, īpaši apmēram 4,2 volti uz katru elementu. Saskaņā ar dažiem neseniem pētījumiem, baterijas uzlādi uzturot kaut kur starp 20% un 80%, ķīmisko slodzi bateriju elementos samazina aptuveni par diviem trešdaļām, salīdzinot ar pilnu uzlādi no tukša līdz pilnam (kā tas tika atzīmēts Džefersonas WI rūpnieciskās bateriju izpētes pētījumā 2023. gadā). Pat īslaicīga pārlādēšana var izraisīt iekšējās temperatūras bīstamu pieaugumu, kas palielina risku notikumam, ko sauc par termisko izskrēju. Lai gan daudzas jaunākās uzlādētājas faktiski pārslēdzas uz lēnāku uzlādes režīmu, sasniedzot aptuveni 80%, bateriju ilgstoša savienošana pēc pilnas uzlādes joprojām izraisa elektrolīta šķīduma sadalīšanos iekšpusē. Tāpēc gudrie lietotāji bieži atvieno ierīces, pirms indikators rāda pilnībā uzlādītu.
Siltums ir viens no galvenajiem bateriju novecošanās veicinātājiem. Katru 8°C (15°F) virs 35°C (95°F) baterijas novecošanās ātrums divkāršojas. Idaho Nacionālās laboratorijas pētījums (2022) parādīja, ka litija jonu baterijām, kas darbinātas 40°C, ciklu skaits līdz 50% jaudas zudumam bija puse mazāks salīdzinājumā ar tām, kas darbinātas 20°C. Palīdz vienkārši piesardzības pasākumi:
Zemas kvalitātes uzlādētāji bieži neregulē spriegumu pareizi, pakļaujot baterijas kaitīgām svārstībām. 2024. gada nozares ziņojums atklāja, ka 78% neakreditēto USB-C uzlādētāju pārsniedza drošos sprieguma ierobežojumus vairāk nekā par 10%. Lai aizsargātu baterijas stāvokli, izvēlieties uzlādētājus ar:
Šis maldīgais priekšstats rodas no vecāku niķeļa-kadmija bateriju laika, kurām raksturīgs „atmiņas efekts”. Mūsdienu litija jonu baterijām vislabāk darbojas bieža, daļēja lādēšana. Pilna izlāde palielina elektroķīmisko slodzi un paātrina jaudas zudumu. Piemēram, cikliskā lādēšana no 40 % līdz 80 % samazina degradāciju par 30 % salīdzinājumā ar pilniem 0 %–100 % cikliem.
Mūsdienu bateriju pārvaldības sistēmas patiešām novērš pārlādēšanu, taču baterijas uzturēšana pie 100% līmeņa ilgāku laiku, īpaši naktī lādējot, joprojām rada papildu slodzi iekšējiem ķīmiskajiem komponentiem. Arī 2023. gada termogrāfiskie testi parādīja kaut ko interesantu. Baterijas, kas palika pieslēgtas visu nakti, iekšēji sasniedza aptuveni par 8 grādiem Celsija augstāku temperatūru salīdzinājumā ar tām, kas tika lādētas īsos spraudzienos dienas laikā. Lielākā daļa cilvēku atklāj, ka ikdienas lietošanai vislabāk darbojas tad, ja ierīce tiek atvienota no tīkla, kad uzlāde sasniedz aptuveni 80 līdz 90 procentus. Šāda pieeja samazina laiku, kādu baterijas elementi pavadīt zem augsta sprieguma, kas ilgtermiņā palīdz saglabāt to kalpošanas mūžu.
Nelielas izlādes ievērojami pagarina baterijas kalpošanas laiku — 50% izlādes dziļums nodrošina aptuveni divreiz vairāk ciklu nekā pilnas izlādes. Iedibiniet šādas ieradumus:
Ātrā uzlāde rada līdz pat 40% vairāk siltuma salīdzinājumā ar standarta uzlādi, palielinot termisko slodzi uz anoda materiāliem. Paātrinātie novecošanas testi parāda, ka tas var iznīcināt komponentus 2,3 reizes ātrāk. Izmantojiet ātro uzlādi tikai nepieciešamības gadījumā un noņemiet aizsargapvalkus augstas ātruma sesiju laikā, lai uzlabotu siltuma novadīšanu un saglabātu baterijas integritāti.