EN
Brzi linkovi
Punjive baterije nakon svakog ciklusa punjenja podležu mikroskopskom habanju jer se joni kreću unutar njih, a elektrode se šire tokom punjenja. Kada litijum-jonske ćelije rade na ekstremnim nivoima — skoro prazne ili potpuno pune — dodatno opterećuju anodu baterije. Prema istraživanju Nacionalne laboratorije za obnovljivu energiju iz 2020. godine, ovakva upotreba može smanjiti kapacitet baterije čak do 24% godišnje u poređenju sa uravnoteženim režimom. Problem se pogoršava kada uređaji redovno budu punjeni preko 90%, jer to dovodi do pojave koja se naziva litijumska pločica (lithium plating), a jedan je od glavnih razloga zbog kojih baterije s vremenom gube svoju efikasnost.
Одржавање нивоа литијум-јонских батерија између око 30% и 70% помаже у спречавању досадних формација кристала на електродама, смањујући их за око 40% у поређењу са потпуним празнењем батерије од 0 до 100%. Министарство енергетике истражило је ово још 2019. године и открило нешто занимљиво: њихови тестови су показали да када ове батерије испусте само половину капацитета (око 50%), трају између 1.200 и 1.500 циклуса пуњења пре него што достигну само 80% своје оригиналне капацитивности. То је значајан скок у односу на скромних 500 циклуса када се батерије стално потпуно пражњавају. Произвођачи аутомобила су то такође приметили. Многа електрична возила сада ограничавају брзо пуњење на 80% као део стратегије очувања здравља скупих батеријских пакета током времена. Тесла, Ниissan и други користе сличне тактике у дизајнирању својих ЕV модела.
| Дубина пражњења | Prosečan broj ciklusa | Задржавање капацитета након 3 године |
|---|---|---|
| 100% (потпуно) | 500 ciklusa | 65%-70% |
| 50% | 1.200 циклуса | 85%-88% |
Када говоримо о батеријском циклусу, у суштини имамо на уму потрошњу 100% укупног капацитета батерије, без обзира да ли се то деси одједном када уређај потпуно потрочи или кроз неколико мањих пуњења током дана. Начин на који модерне батерије прате ову врсту хабања помаже да се објасни зашто људи могу имати веома различита искуства у вези трајања батерије свог уређаја, чак и ако користе потпуно исти модел. Особе које обично пуње своје уређаје у деловима често открију да њихова батерија и даље задржава око 92% оригиналне снаге након приближно 500 пуноправних циклуса пуњења. Упоредите то са особама које редовно дозвољавају да им се батерија испразни до нуле, чији уређаји често падну на само 76% капацитета након сличне употребе, према неким тестовима које је Consumer Reports спровео 2022. године.
Držanje litijum-jonskih baterija između 20% i 80% nivoa punjenja zaista smanjuje elektrohemijski napon kojem su izložene tokom vremena. Prema nekim nedavnim istraživanjima sa Battery University-a iz 2023. godine, kada ograničimo napon punjenja na oko 3,92 volti po ćeliji, što odgovara približno 65% SOC-a, ove baterije traju znatno duže pre nego što budu mogle biti zamenjene. Umesto uobičajenih 300 do 500 ciklusa koje dobijamo pri punom nivou punjenja od 4,2 volti po ćeliji, ovim pristupom možemo dostići čak oko 2.400 ciklusa. Šta čini da ovo toliko dobro funkcioniše? Pomaže u sprečavanju dva velika problema koja skraćuju vek trajanja baterija: taloženju litijuma na anodnoj strani i oksidaciji koja se dešava u katodnom materijalu. Ovi procesi su u osnovi ono što uzrokuje degradaciju većine baterija kako stariju.
| Nivo punjenja (V/ćeliji) | Opseg trajanja ciklusa | Održavanje kapaciteta |
|---|---|---|
| 4,20 (100% SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (65% SOC) | 1,200–2,000 | 65% |
Они који више вреднују трајање батерије него искоришћавање сваког последњег тренутка радног времена својих уређаја можда би требало да размотре одржавање нивоа набоја између 25% и 75%. Овакав приступ смањује дневне флуктуације напона за око 35%, чиме се успорава раст СЕИ слоја на ћелијама батерије. СЕИ слој је у основи оно што узрокује старење батерија током времена. Наравно, ова метода значи одрицање од око 15 до 20% доступног капацитета у сваком тренутку, али за уређаје који се не користе цео дан, као што су системи резервног напајања или сезонски опрема, добит је огромна. Неки тестови показују да ове батерије могу испоручити три пута више укупне енергије током целог свог векa трајања када раде у овом ужием опсегу.
Када литијумске батерије дуго задрже стање напуњености изнад 80%, склоне су бржем старењу јер им се повећава унутрашњи отпор, као и нагревање унутар ћелија. Научни подаци показују да пуњење до 100% на 4,2 волта по ћелији заправо смањује век трајања батерије на пола, у поређењу са одржавањем око 4,0 волта. Ако посматрамо стварне уређаје као што су паметни телефони, особа која свакодневно пуни телефон до 100% може утврдити да након само дванаест месеци батерија задржава само око 73% своје првобитне капацитивности. Међутим, ако неко има навику да прекине пуњење на 80%, његова батерија ће вероватно задржати рад на преко 90% ефикасности чак и након целе године редовне употребе.
Delimična pražnjenja smanjuju opterećenje baterijskih materijala tako što smanjuju mehanički napon tokom ciklusa punjenja i pražnjenja. Površinsko korišćenje (npr. 20–40% pražnjenja pre ponovnog punjenja) ograničava širenje i skupljanje elektroda, dok duboki ciklusi izazivaju ekstremnije strukturne promene koje doprinose pucanju katoda i nestabilnosti na interfejsima elektrolita.
Studije pokazuju da baterije koje su izložene 100% dubini pražnjenja (DoD) gube kapacitet tri puta brže u odnosu na one koje rade na 50% DoD. Najbolje industrijske prakse to uzimaju u obzir, naglašavajući delimična pražnjenja kako bi se sprečila degradacija rešetke u aktivnim materijalima.
Odnos između dubine pražnjenja i trajanja ciklusa prati logaritamsku tendenciju:
| Dubina otpuštanja (DOD) | Prosečan broj ciklusa (Li-jon) |
|---|---|
| 100% | 300–500 ciklusa |
| 80% | 600–1.000 ciklusa |
| 50% | 1.200–2.000 ciklusa |
| 20% | 3.000+ циклуса |
Одржавање испражњивања батерије на око 50% дубине испражњивања заправо штити кристалну структуру у катодама од никла-мангана-кобалта и одржава стабилност на нивоу јона. Истраживање из прошле године показало је и неке интересантне резултате. Када су се батерије користиле на око половину њихове капацитета, задржале су приближно 92% своје оригиналне снаге чак и након 1.000 циклуса пуњења. Али када су се потпуно празниле сваки пут, исте батерије изгубиле су скоро 40% капацитета до 400. циклуса. То чини велику разлику. За уређаје где је поузданост најважнија, као што су медицински уређаји за спасавање живота или складиштење соларне енергије, овај приступ површним циклусима заиста се исплати на дужи рок.
Литијум-јонске батерије најбрже губе капацитет када се држе на високом нивоу напона, посебно око 4,2 волта по ћелији. Према неким недавним студијама, одржавање нивоа набоја батерије између 20% и 80% смањује хемијски стрес у ћелијама батерије за отприлике две трећине у поређењу са пуњењем од потпуног празнења до максималног пуњења (како је истакнуто у Индустријској студији о батеријама из Џеферсона, Висконсин, 2023. године). Чак и кратки периоди прекомерног пуњења могу довести до опасног повећања унутрашње температуре, чиме се повећава вероватноћа догађаја познатог као топлотни понор. Иако многи новији пуњачи аутоматски прелазе у спорији режим пуњења након што достигну око 80%, дуготрајно прикључивање батерија након што су потпуно напуњене и даље доводи до распадања електролита унутар батерије. Због тога паметни корисници често ископчају своје уређаје пре него што индикатор прикаже потпуно пуњење.
Toplota je glavni uzrok degradacije baterija. Za svakih 8°C (15°F) iznad 35°C (95°F), stopa starenja se udvostruči. Istraživanje Nacionalne laboratorije u Idahu (2022) pokazalo je da litijum-jonske baterije koje rade na 40°C gube 50% kapaciteta za polovinu broja ciklusa u odnosu na one koje rade na 20°C. Jednostavne mere predostrožnosti mogu pomoći:
Kvalitetno lošiji punjači često nemaju odgovarajuću regulaciju napona, zbog čega su baterije izložene štetnim fluktuacijama. Izveštaj industrije iz 2024. godine otkrio je da 78% neovlašćenih USB-C punjača premašuje sigurnosne granice napona za više od 10%. Kako bi se zaštitio zdravlje baterije, birajte punjače sa:
Ova pogrešna predstava potiče od starijih nikl-kadmijumskih baterija koje su imale „efekat memorije“. Savremene litijum-jonske baterije najbolje rade uz često delimično punjenje. Potpuno pražnjenje povećava elektrohemijski napon i ubrzava gubitak kapaciteta. Na primer, ciklus punjenja između 40% i 80% smanjuje degradaciju za 30% u poređenju sa punim ciklusima od 0% do 100%.
Savremeni sistemi za upravljanje baterijama zaustavljaju preterano punjenje, ali držanje baterije na 100% tokom dužeg vremenskog perioda, posebno noćnog punjenja, i dalje stvara dodatni napor na hemijske komponente unutar baterije. Nedavni testovi termalne vizije iz 2023. godine pokazali su još nešto zanimljivo. Baterije koje su ostale priključene dok su „spavale“ kroz noć imale su unutrašnju temperaturu približno 8 stepeni Celzijusa višu u poređenju sa onima koje su napunjene u kraćim intervalima tokom dana. Većina ljudi smatra da je najbolje isključiti uređaj iz struje kada dostigne oko 80 do 90 procenata punjenja u svakodnevnoj upotrebi. Ovaj pristup smanjuje vreme provedeno u uslovima visokog napona, što pomaže u očuvanju životnog veka baterije.
Delimična pražnjenja znatno produžavaju životni vek baterije — dubina pražnjenja od 50% daje otprilike dvostruko više ciklusa u odnosu na potpuna pražnjenja. Usvojite ove navike:
Брзо пуњење генерише до 40% више топлоте у односу на стандардно пуњење, чиме се повећава термички стрес на материјале аноде. Тестови убрзаног старења показују да ово може убрзати деградацију компонената 2,3 пута. Користите брзо пуњење само када је неопходно и склоните заштитне кутице током интензивних сесија ради побољшања расипања топлоте и очувања интегритета батерије.