EN
Hitri povezave
Ponovno polnljive baterije izkušujejo majhne količine obrabe po vsakem ciklu polnjenja, ker se ioni premikajo znotraj njih in se elektrode razširijo med polnjenjem. Ko litij-ionske celice delujejo na ekstremnih ravneh, bodisi skoraj prazne ali popolnoma polne, dodatno obremenjujejo anodni del baterije. Po raziskavi Nacionalnega laboratorija za obnovljivo energijo iz leta 2020 tovrstna uporaba dejansko lahko zmanjša kapaciteto baterije do 24 % na leto v primerjavi s uravnoteženim polnjenjem. Težava se poslabša, ko naprave redno nadaljujejo polnjenje čez 90 %, saj to vodi do pojava, imenovanega litijev plačiranje, kar je eden glavnih razlogov, zakaj baterije s časom izgubljajo učinkovitost.
Ohranjanje litij-ionskih baterij med približno 30 % in 70 % nabitosti pomaga preprečiti nevšečne kristalne nastavke na elektrodah, kar zmanjša njihovo nastajanje za približno 40 % v primerjavi s popolnim izpraznjevanjem baterije od 0 do 100 %. Ministrstvo za energijo je leta 2019 raziskalo to področje in ugotovilo nekaj zanimivega: testi so pokazali, da te baterije, ko se izpraznijo le do polovice (okoli 50 %), preživijo med 1.200 in 1.500 ciklusov polnjenja, preden dosežejo le še 80 % svoje prvotne zmogljivosti. To je velik napredek v primerjavi s slabimi 500 ciklusi pri ponavljajočih se popolnih ciklusih izpraznitve. Tega so si opazili tudi proizvajalci avtomobilov. Mnogi električni vozila sedaj omejujejo hitro polnjenje na 80 % kot del strategije za ohranjanje dolgotrajnega zdravja teh dragih baterijskih paketov. Tesla, Nissan in drugi uporabljajo podobne postopke pri konstrukciji svojih EV-jev.
| Globina razstrelitve | Povprečna življenjska doba ciklov | Obdržanost kapacitete po 3 letih |
|---|---|---|
| 100 % (polno) | 500 ciklov | 65%-70% |
| 50% | 1.200 ciklusov | 85%-88% |
Ko govorimo o ciklu baterije, imamo v mislih porabo 100 % skupne kapacitete baterije, ne glede na to, ali se to zgodi naenkrat, ko naprava popolnoma izgubi naboj, ali pa prek več manjših polnjenj v toku dneva. Način, kako sodobne baterije beležijo to obrabo, razloži, zakaj lahko ljudje imajo zelo različne izkušnje s trajanjem baterije svoje naprave, tudi če imajo točno isti model. Tisti, ki navadno polnijo napravo po delih, običajno ugotovijo, da baterija še vedno hrani okoli 92 % prvotne moči po približno 500 popolnih ciklusih polnjenja. V primerjavi s tem tisti, ki redno dovolijo, da se njihova baterija izprazni do ničla, pogosto ugotovijo, da zmogljivost pade le na 76 % po podobni rabi, kar kažejo testi, opravljeni leta 2022 s strani Consumer Reports.
Ohranjanje litij-ionskih baterij v območju naboja med 20 % in 80 % bistveno zmanjša elektrokemični stres, ki ga izkušajo s časom. Glede na nekatere novejše raziskave iz Battery University leta 2023, kadar omejimo napetost polnjenja na približno 3,92 volta na celico, kar ustreza približno 65 % SOC, te baterije trajajo veliko dlje, preden jih je treba zamenjati. Namesto običajnih 300 do 500 ciklov pri polni napetosti polnjenja 4,2 volta na celico, ta pristop omogoča do približno 2.400 ciklov. Kaj omogoča tako dobro delovanje? Preprečuje dvema glavnima problemoma, ki skrajšujeta življenjsko dobo baterij: prevlečenju litija na anodni strani in oksidaciji, ki poteka v katodnem materialu. Ti procesi so v osnovi tisti, ki povzročajo poslabšanje večine baterij s staranjem.
| Nivo naboja (V/celico) | Obseg življenjske dobe v ciklih | Ohranitev zmogljivosti |
|---|---|---|
| 4,20 (100 % SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (65 % SOC) | 1,200–2,000 | 65% |
Ljudje, ki več skrbi za življenjsko dobo baterije kot za izkoriščanje vsakega zadnjega trenutka delovanja svojih naprav, bi morali razmisliti o tem, da ohranjajo nivo naboja med 25 % in 75 %. Ta pristop zmanjša dnevne nihanje napetosti približno za 35 %, s čimer upočasni rast SEI-plasti na celicah baterij. SEI-plast je v bistvu tisto, kar povzroča staranje baterij s časom. Seveda ta metoda pomeni odrekanje približno 15 do 20 % razpoložljive kapacitete v danem trenutku, vendar je pri napravah, ki se ne uporabljajo ves dan, kot so sistemi rezervnega napajanja ali sezonska oprema, korist ogromna. Nekateri testi kažejo, da lahko te baterije v celotnem življenjskem ciklu dobavijo trikrat več skupne energije, če delujejo v tem ožjem območju.
Ko litijeve baterije dolgo časa ostanejo nad 80 % nabitosti, se hitro poslabšajo, ker se njihova notranja upornost poveča skupaj s segrevanjem znotraj celic. Znanstvena podlaga tega pojava kaže, da polnjenje do 100 % pri 4,2 voltov na celico dejansko zmanjša življenjsko dobo baterije na polovico v primerjavi s polnjenjem do okoli 4,0 voltov. Če pogledamo dejanska naprave, kot so pametni telefoni, lahko ugotovimo, da oseba, ki vsak dan polni telefon do 100 %, po dvanajstih mesecih ugotovi, da baterija obdrži le še približno 73 % svoje prvotne zmogljivosti. Če pa druga oseba redno prekine polnjenje pri 80 %, bo verjetno baterija njenega telefona še vedno delovala z več kot 90 % učinkovitosti po celotnem letu redne uporabe.
Delni izpadi zmanjšujejo obremenitev baterijskih materialov, saj zmanjšujejo mehansko napetost med cikli polnjenja in praznjenja. Površinska uporaba (npr. 20–40 % izpada pred ponovnim polnjenjem) omejuje raztezanje in krčenje elektrod, medtem ko globoki cikli povzročajo ekstremnejše strukturne spremembe, ki spodbujajo razpokanje katod in nestabilnost na mejah elektrolita.
Študije kažejo, da baterije, ki so bile izpostavljene 100 % globini izpada (DoD), izgubijo zmogljivost tri krat hitreje kot tiste, ki delujejo pri 50 % DoD. V najboljših praksah v industriji se to upošteva, zato poudarjajo delne izpade za preprečevanje degradacije kristalne mreže v aktivnih materialih.
Odvisnost med globino izpada in življenjsko dobo sledi logaritemskemu trendu:
| Globina razboja (DOD) | Povprečna življenjska doba (Li-ion) |
|---|---|
| 100% | 300–500 ciklov |
| 80% | 600–1.000 ciklov |
| 50% | 1.200–2.000 ciklov |
| 20% | več kot 3000 ciklov |
Ohranjanje praznjenja baterij okoli 50 % globine praznjenja dejansko zaščiti kristalno strukturo znotraj katod iz niklja, manganovega in kobaltovega oksida ter ohranja stabilnost na ionski ravni. Raziskave iz prejšnjega leta so pokazale tudi nekaj zanimivih rezultatov. Ko so baterije uporabljali pri približno polovični kapaciteti, so ohranile okoli 92 % svoje prvotne moči, tudi po 1000 ciklusih polnjenja. Ko pa so jih vsakič popolnoma izpraznili, so iste baterije do 400. ciklusa izgubile skoraj 40 % svoje kapacitete. To predstavlja veliko razliko. Pri napravah, kjer je zanesljivost najpomembnejša, kot so življenjsko pomembne medicinske naprave ali shranjevanje sončne energije, se ta metoda plitvega cikliranja dolgoročno res obrestuje.
Litije-ionske baterije se najhitreje poslabšajo, če so shranjene pri visokih napetostnih nivojih, zlasti okoli 4,2 volta na celico. Glede na nekatere novejše raziskave ohranjanje nivoja naboja baterije nekje med 20 % in 80 % zmanjša kemični stres znotraj celic približno za dve tretjini v primerjavi s polnim praznjenjem in polnjenjem (kot je opaženo v raziskavi Jefferson WI Industrial Battery iz leta 2023). Tudi kratki obdobja prenapajanja lahko povzročijo nevarno povišanje notranje temperature, kar poveča verjetnost nastopa pojava, imenovanega termalni udir. Čeprav mnogi novejši polnilec samodejno preklopi na počasnejši način polnjenja, ko dosežejo približno 80 %, dolgotrajno pustitev baterij priključenih po popolnem napolnjenju še vedno vodi do razgradnje elektrolitske tekočine znotraj baterije. Zato pametni uporabniki pogosto odklopijo naprave že preden indikator pokaže popoln naboj.
Toplina je glavni dejavnik poslabšanja baterij. Za vsakih dodatnih 8 °C (15 °F) nad 35 °C (95 °F) se hitrost staranja podvoji. Raziskava Nacionalnega laboratorija v Idahovem leta 2022 je pokazala, da so litij-ionske baterije, ki so delovale pri 40 °C, izgubile 50 % zmogljivosti v polovici števila ciklov v primerjavi z baterijami, ki so delovale pri 20 °C. Preproste previdnostne ukrepe lahko pomagajo:
Neprimernejši polnilniki pogosto nimajo ustrezne regulacije napetosti, kar izpostavlja baterije škodljivim nihanjem. Poročilo industrije iz leta 2024 je razkrilo, da 78 % necertificiranih USB-C polnilnikov presega varne meje napetosti za več kot 10 %. Za zaščito zdravja baterije izberite polnilnike z:
Ta napačna predstava izvira iz starejših nikl-kadmijevih baterij, ki so trpele za »efektom pomnjenja«. Sodobne litijevo-ionske baterije delujejo najbolje ob pogostem delnem polnjenju. Popolno praznjenje poveča elektrokemični stres in pospeši izgubo kapacitete. Na primer, cikliranje med 40 % in 80 % napolnjenosti zmanjša degradacijo za 30 % v primerjavi s popolnimi cikli od 0 % do 100 %.
Sodobni sistemi za upravljanje z baterijami preprečujejo nadaljno polnjenje, vendar če baterijo dolgo ohranjate pri 100 %, zlasti če jo polnite preko noči, to še vedno dodatno obremenjuje kemične komponente znotraj. Nedavni termografski testi iz leta 2023 so pokazali tudi nekaj zanimivega. Baterije, ki so ostale priključene, medtem ko so »spale« skozi noč, so notranje dosegale približno 8 stopinj Celzija višjo temperaturo v primerjavi z baterijami, ki so jih polnili v krajših intervalih med dnevom. Večina ljudi ugotovi, da je najbolje za vsakodnevno uporabo odklopiti napravo, ko doseže približno 80 do 90 odstotkov naboja. Ta pristop zmanjša čas, ki ga celice baterije preživijo v pogojih visokega napetosti, kar pomaga ohraniti njihovo življenjsko dobo.
Površinske razelektritve znatno podaljšajo življenjsko dobo baterije – globina razelektritve 50 % prinese približno dvakrat več ciklov kot popolne razelektritve. Razvijte te navade:
Hitro polnjenje proizvaja do 40 % več toplote kot standardno polnjenje, kar povečuje toplotni napetost na anodnih materialih. Pospešeni testi staranja kažejo, da se sestavni deli lahko poslabšajo 2,3-krat hitreje. Hitrega polnjenja uporabljajte le, kadar je nujno, in med sejami visoke hitrosti odstranite zaščitne ohišja, da izboljšate odvajanje toplote in ohranite celovitost baterije.