EN
Hızlı Bağlantılar
Şarj edilebilir piller, şarj döngüsü sonrasında iyonların içlerinde hareket etmesi ve elektrotların şarj sırasında genişlemesi nedeniyle küçük miktarlarda aşınmaya uğrar. Lityum-iyon hücreler neredeyse boş ya da tamamen dolu gibi aşırı seviyelerde çalıştırıldığında, pilin anot kısmına ekstra yük bindirir. Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'nın 2020 yılında yaptığı araştırmaya göre, bu tür kullanım, dengede tutmaya kıyasla yıllık pil kapasitesini %24'e varan oranlarda azaltabilir. Cihazlar düzenli olarak %90'ın üzerine şarj edilmeye devam ederse sorun daha da kötüleşir çünkü bu durum zamanla pillerin etkinliğini kaybetmesinin başlıca nedenlerinden biri olan lityum kaplaması (lithium plating) adı verilen olaya yol açar.
Lityum-iyon pilleri yaklaşık %30 ile %70 şarj arasında tutmak, elektrotlarda oluşan bu istenmeyen kristal oluşumlarını önlemeye yardımcı olur ve pili tamamen 0'dan 100'e boşaltıp doldurmaya kıyasla bu oluşumları yaklaşık %40 oranında azaltır. Enerji Bakanlığı'nın 2019 yılında yaptığı araştırma ilginç bir bulgu ortaya koydu: testler, bu pillerin yalnızca yarısını (yaklaşık %50) boşalttığı durumlarda, orijinal kapasitelerinin sadece %80'ine ulaşmadan önce 1.200 ila 1.500 şarj döngüsü dayandığını gösterdi. Bu, pillerin sürekli tam deşarj döngülerinden geçtiği durumdaki sadece 500 döngüye kıyasla oldukça büyük bir artıştır. Otomobil üreticileri de bunun farkına vardılar. Bugün birçok elektrikli araç, maliyetli pil paketlerinin ömrünü uzatmak amacıyla hızlı şarjı %80'e kadar sınırlamaktadır. Tesla, Nissan ve diğerleri de EV tasarımlarında benzer stratejiler uygulamaktadır.
| Debiyorlama Derinliği | Ortalama Döngü Ömrü | 3 Yıl Sonra Kapasite Koruma |
|---|---|---|
| %%100 (Tam) | 500 döngü | 65%-70% |
| 50% | 1.200 döngü | 85%-88% |
Bir pil döngüsünden bahsettiğimizde, cihaz tamamen kapanana kadar tek seferde veya gün boyunca yapılan birkaç küçük şarjla olabilir, temelde pilin toplam şarjının %100'ünün tüketildiğini kastediyoruz. Modern pillerin bu aşınmayı nasıl takip ettiği, neden aynı modeli kullanan kişilerin bile pil ömürleri konusunda oldukça farklı deneyimler yaşayabileceğini açıklamaya yardımcı olur. Gün içinde cihazlarını parça parça şarj eden kullanıcılar genellikle yaklaşık 500 tam şarj döngüsünden sonra pille hâlâ orijinal kapasitesinin yaklaşık %92'sini koruyabiliyor. Buna karşılık, bataryalarını düzenli olarak sıfıra indiren kullanıcıların cihazları, 2022 yılında Consumer Reports tarafından yapılan bazı testlere göre benzer kullanım sonrası sıklıkla yalnızca %76 kapasiteye düşüyor.
Lityum iyon pilleri şarj durumunun %20 ile %80 arasında tutmak, zamanla maruz kaldıkları elektrokimyasal stresi gerçekten önemli ölçüde azaltır. 2023 yılında Battery University'nin yaptığı bazı son bulgulara göre, hücre başına yaklaşık 3,92 voltluk bir şarj voltajı sınırı koyduğumuzda—bu yaklaşık olarak %65 SOC'ye karşılık gelir—bu piller değiştirilmeleri gerene kadar çok daha uzun süre dayanır. Hücre başına 4,2 volt gibi tam şarj seviyelerinde elde edilen normal 300 ila 500 çevrim yerine, bu yöntemle yaklaşık 2.400 çevrime ulaşmak mümkündür. Bu yaklaşım neden bu kadar iyi çalışır? Anot tarafında lityum kaplamasının oluşmasını ve katot malzemesinde meydana gelen oksidasyonu önlemeye yardımcı olur. Bu süreçler temelde pillerin yaşla birlikte bozulmasına neden olan faktörlerdir.
| Şarj Seviyesi (V/Hücre) | Çevrim Ömrü Aralığı | Kapasite Tutumu |
|---|---|---|
| 4,20 (%100 SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (%65 SOC) | 1,200–2,000 | 65% |
Cihazlarının çalışma süresinin sonuna kadar gitmesinden ziyade pil ömrüne daha çok önem veren kişiler, şarj seviyelerini %25 ile %75 arasında tutmayı düşünebilir. Bu yaklaşım, günlük voltaj dalgalanmalarını yaklaşık olarak %35 azaltır ve bu da pil hücrelerindeki SEI katmanının büyüme hızını yavaşlatmaya yardımcı olur. SEI katmanı, zamanla pillerin bozulmasına neden olan temel faktördür. Elbette bu yöntem, herhangi bir anda kullanılabilir kapasitenin yaklaşık %15 ila %20'sini kaybetmek anlamına gelir; ancak yedek güç sistemleri ya da mevsimsel ekipmanlar gibi tüm gün boyu kullanılmayan cihazlar için bu durumun faydası çok büyüktür. Bazı testler, bu dar şarj aralığında çalıştırıldığında pillerin toplam ömürleri boyunca üç kat daha fazla enerji sağlayabildiğini göstermiştir.
Lityum piller, şarj durumunun %80'in üzerinde uzun süre kalması durumunda, hücrelerin iç direncinin artması ve ısı birikiminin meydana gelmesi nedeniyle çok daha hızlı bozulmaya eğilimlidir. Bunun ardındaki bilimsel veriler, her hücre için 4,2 volta kadar tam şarj yapılması durumunun, pilleri yaklaşık 4,0 voltta tutmaya kıyasla ömürlerini yarıya indirdiğini göstermektedir. Akıllı telefonlar gibi gerçek cihazlara bakıldığında, bir kişinin telefonunu her gün %100'e kadar şarj etmesi durumunda, yalnızca on iki ay sonra pil kapasitesinin orijinal değerinin sadece yaklaşık %73'ünü koruduğunu fark edebilir. Ancak başka bir kişi %80'de şarjı kesmeye alışkanlık haline getirirse, telefon pilinin düzenli kullanımın bir yılından sonra bile %90'ın üzerinde verimle çalışmaya devam etmesi muhtemeldir.
Kısmi deşarjlar, şarj-deşarj döngüleri sırasında mekanik stresi azaltarak batarya malzemelerine olan yükü en aza indirir. Yüzeyel kullanım (örneğin, yeniden şarjdan önce %20-40 deşarj) elektrotların genişlemesini ve daralmasını sınırlarken, derin döngüler katotlarda çatlama ve elektrolit arayüzlerinde kararsızlık oluşturan daha aşırı yapısal değişikliklere neden olur.
Çalışmalar, %100 deşarj derinliğine (DoD) maruz bırakılan pillerin kapasitelerini üç kat daha hızlı kaybettiğini göstermektedir. Sektörün en iyi uygulamaları da bunu yansıtır ve aktif malzemelerde kafes bozulmasını önlemek için kısmi deşarjlara önem verir.
Deşarj derinliği ile döngü ömrü arasındaki ilişki logaritmik bir eğilim izler:
| Sıfırlama Derinliği (DOD) | Ortalama Döngü Ömrü (Li-iyon) |
|---|---|
| 100% | 300–500 döngü |
| 80% | 600–1.000 döngü |
| 50% | 1.200–2.000 döngü |
| 20% | 3.000+ döngü |
Nikel-manganez-kobalt katotların içindeki kristal yapıyı korumak ve iyonik düzeyde kararlılığı sağlamak için bataryaların deşarjının yaklaşık olarak yüzde 50 derinlikte tutulması aslında faydalıdır. Geçen yıldan kalın bir araştırma da bazı ilginç sonuçlar ortaya koymuştur. Bataryalar kapasitelerinin yaklaşık yarısı kadar kullanıldığında, 1.000 şarj döngüsünün ardından bile orijinal güçlerinin yaklaşık %92'sini koruyabiliyor. Ancak kullanıcılar her seferinde bataryaları tamamen boşalttığında, aynı bataryalar 400. döngüye gelindiğinde neredeyse kapasitelerinin %40'ını kaybediyordu. Bu büyük bir fark yaratıyor. Tıbbi hayati ekipmanlar ya da güneş enerjisi depolama gibi güvenilirliğin en önemli olduğu alanlarda, bu yüzeysel döngüleme yaklaşımı uzun vadede gerçekten avantaj sağlıyor.
Lityum iyon piller, özellikle hücre başına 4,2 volt civarında olmak üzere yüksek voltaj seviyelerinde tutulduğunda en hızlı şekilde eskir. Bazı son çalışmalara göre, pilleri %20 ile %80 arasında bir şarj seviyesinde tutmak, boşaldıklarında tamamen dolana kadar şarj etmeye kıyasla pil hücrelerinin içindeki kimyasal stresi yaklaşık üçte ikar kadar azaltır (2023 yılında Jefferson WI Endüstriyel Pil Çalışması'nda belirtildiği gibi). Kısa süreli aşırı şarj bile iç sıcaklıkların tehlikeli derecede yükselmesine neden olabilir ve bu da termal kaçak adı verilen ciddi arızalara yol açma ihtimalini artırır. Birçok yeni şarj cihazı yaklaşık %80'e ulaşıldığında otomatik olarak yavaş şarj moduna geçse de, tam şarjlı durumda uzun süre takılı bırakılmaları, pilin içindeki elektrolit çözeltisinin bozulmasına neden olur. Bu yüzden akıllı kullanıcılar genellikle cihazlarının gösterge tamamen dolu olana kadar gelmeden fişini çekmeyi tercih eder.
Isı, pilin bozulmasında önemli bir faktördür. 35°C (95°F) üzerindeki her 8°C (15°F) artışla, yaşlanma hızı iki katına çıkar. Idaho Ulusal Laboratuvarı'nın 2022 yılında yaptığı bir çalışma, 40°C'de döngüye sokulan lityum-iyon pillerin 20°C'de çalışanlara kıyasla yarısı kadar döngüde %50 kapasite kaybettiğini göstermiştir. Basit önlemler fayda sağlar:
Düşük kaliteli şarj cihazlarının çoğu uygun voltaj regülasyonuna sahip değildir ve pilleri zarar verici dalgalanmalara maruz bırakır. 2024 yılında yayımlanan bir sektör raporu, sertifikasız USB-C şarj cihazlarının %78'inin güvenli voltaj sınırlarını %10'un üzerinde aştığını ortaya koymuştur. Pil sağlığını korumak için şu özelliklere sahip şarj cihazlarını tercih edin:
Bu yanlış anlayış, 'hafıza etkisinden' muzdarip eski nikel-kadmiyum pillerine dayanır. Modern lityum-iyon piller sıklıkla kısmi şarjlarla en iyi performansı gösterir. Tam deşarjlar elektrokimyasal stresi artırır ve kapasite kaybını hızlandırır. Örneğin, %0–%100 arası tam döngülerle karşılaştırıldığında, %40 ile %80 arasında şarj döngüsü yapmak bozulmayı %30 oranında azaltır.
Modern pil yönetim sistemleri aşırı şarjın olmasını engeller, ancak özellikle gece boyu şarj etme sırasında pili uzun süre %100 seviyede tutmak hâlâ pilin içindeki kimyasal bileşenlere ekstra yük bindirir. 2023 yılından yapılan termal görüntüleme testleri ayrıca ilginç bir şey daha gösterdi. Gece boyu bağlı kalarak şarj olan piller, gün içinde kısa aralıklarla şarj edilen pillere kıyasla yaklaşık 8 santigrat derece daha sıcak çalıştı. Çoğu kişi, cihazının şarjı %80 ila %90 arası seviyeye ulaştığında şarj ağını çekmenin günlük kullanım için en iyi yöntem olduğunu düşünüyor. Bu yaklaşım, pil hücrelerinin yüksek voltaj altında kalma süresini azaltarak zaman içinde ömürlerinin korunmasına yardımcı olur.
Yüzeyel deşarjlar pil ömrünü büyük ölçüde uzatır—%50 derinlikte deşarj, tam deşarjlara göre yaklaşık iki kat kadar döngü sağlar. Aşağıdaki alışkanlıkları edinin:
Hızlı şarj, standart şarjdan %40'a kadar daha fazla ısı üretir ve anot malzemelerinde termal stresi artırır. Hızlandırılmış yaşlanma testleri, bu durumun bileşenlerin 2,3 kat daha hızlı bozulmasına neden olabileceğini göstermiştir. Hızlı şarjı yalnızca gerekli olduğunda kullanın ve pil bütünlüğünü korumak için yüksek hızda şarj sırasında koruyucu kılıfları çıkarın