EN
Liên kết nhanh
Pin sạc lại chịu hao mòn nhỏ sau mỗi chu kỳ sạc do các ion di chuyển bên trong và các điện cực giãn nở khi sạc. Khi các tế bào lithium-ion hoạt động ở mức cực đoan – gần như cạn hoặc đầy hoàn toàn – chúng gây thêm áp lực lên phần anode của pin. Theo nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia vào năm 2020, kiểu sử dụng này thực sự có thể làm giảm dung lượng pin tới 24% mỗi năm so với việc duy trì trạng thái cân bằng. Vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn khi các thiết bị thường xuyên được sạc vượt quá 90%, vì điều này dẫn đến hiện tượng bám lớp lithium (lithium plating), một trong những nguyên nhân chính khiến pin mất hiệu quả theo thời gian.
Giữ mức pin của các loại pin lithium-ion ở khoảng từ 30% đến 70% giúp ngăn ngừa sự hình thành các tinh thể khó chịu trên các điện cực, làm giảm chúng khoảng 40% so với việc để pin xả cạn hoàn toàn từ 0 đến 100%. Bộ Năng lượng đã nghiên cứu vấn đề này vào năm 2019 và phát hiện ra một điều thú vị: các thử nghiệm của họ cho thấy khi những viên pin này chỉ xả một nửa (khoảng 50%), chúng có thể duy trì từ 1.200 đến 1.500 chu kỳ sạc trước khi dung lượng giảm xuống còn 80% so với ban đầu. Con số này tăng đáng kể so với chỉ 500 chu kỳ khi pin thường xuyên trải qua các chu kỳ xả đầy đủ. Các nhà sản xuất ô tô cũng đã lưu ý đến điều này. Nhiều xe điện hiện nay giới hạn sạc nhanh ở mức 80% như một phần trong chiến lược bảo vệ những cụm pin đắt tiền theo thời gian. Tesla, Nissan và các hãng khác đều áp dụng những biện pháp tương tự trong thiết kế xe điện của mình.
| Độ sâu xả | Tuổi thọ chu kỳ trung bình | Duy Trì Dung Lượng Sau 3 Năm |
|---|---|---|
| 100% (Toàn Bộ) | 500 chu kỳ | 65%-70% |
| 50% | 1.200 chu kỳ | 85%-88% |
Khi nói đến một chu kỳ pin, chúng ta về cơ bản đang xem xét việc sử dụng hết 100% tổng lượng sạc của pin, bất kể điều đó xảy ra một lần duy nhất khi thiết bị cạn hoàn toàn hay qua nhiều lần sạc nhỏ trong ngày. Cách mà các loại pin hiện đại theo dõi mức độ hao mòn này giúp lý giải tại sao những người dùng khác nhau có thể có trải nghiệm rất khác nhau về tuổi thọ pin của thiết bị dù họ cùng sở hữu mẫu mã giống hệt nhau. Những người thường xuyên sạc thiết bị theo từng phần nhỏ thường phát hiện ra rằng pin của họ vẫn giữ được khoảng 92% công suất ban đầu sau khi trải qua khoảng 500 chu kỳ sạc đầy. So sánh với những người thường để pin cạn xuống mức zero, thiết bị của họ thường giảm xuống chỉ còn 76% dung lượng sau mức sử dụng tương tự, theo một số thử nghiệm do Consumer Reports thực hiện vào năm 2022.
Giữ pin lithium-ion ở mức điện tích từ 20% đến 80% thực sự giúp giảm đáng kể căng thẳng điện hóa mà chúng phải trải qua theo thời gian. Theo một số nghiên cứu gần đây từ Battery University năm 2023, khi giới hạn điện áp sạc ở khoảng 3,92 volt mỗi tế bào, tương ứng với mức SOC khoảng 65%, tuổi thọ của các loại pin này kéo dài hơn nhiều trước khi cần thay thế. Thay vì chỉ đạt 300 đến 500 chu kỳ như thông thường khi sạc đầy ở mức 4,2 volt mỗi tế bào, phương pháp này có thể giúp tăng lên khoảng 2.400 chu kỳ. Điều gì khiến cách làm này hiệu quả đến vậy? Nó giúp ngăn ngừa hai vấn đề lớn làm rút ngắn tuổi thọ pin: hiện tượng mạ lithium ở phía anode và quá trình oxy hóa xảy ra trong vật liệu cathode. Chính những quá trình này về cơ bản gây ra sự suy giảm của đa số các loại pin khi chúng già đi.
| Mức sạc (V/Tế bào) | Phạm vi tuổi thọ chu kỳ | Giữ dung lượng |
|---|---|---|
| 4,20 (100% SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (65% SOC) | 1,200–2,000 | 65% |
Những người quan tâm nhiều hơn đến tuổi thọ pin hơn là tận dụng tối đa thời gian sử dụng thiết bị của họ có thể cân nhắc duy trì mức sạc trong khoảng từ 25% đến 75%. Cách tiếp cận này giúp giảm khoảng 35% các dao động điện áp hàng ngày, qua đó làm chậm tốc độ hình thành lớp SEI trên các tế bào pin. Lớp SEI về cơ bản là nguyên nhân khiến pin bị suy giảm theo thời gian. Chắc chắn rằng phương pháp này đồng nghĩa với việc phải hy sinh khoảng 15 đến 20% dung lượng có sẵn tại bất kỳ thời điểm nào, nhưng đối với những thiết bị không được sử dụng suốt cả ngày, như hệ thống nguồn dự phòng hoặc thiết bị theo mùa, lợi ích thu được là rất lớn. Một số thử nghiệm cho thấy những viên pin này có thể cung cấp tổng năng lượng cao gấp ba lần trong suốt vòng đời khi hoạt động trong dải sạc hẹp hơn này.
Khi các pin lithium duy trì trạng thái sạc trên 80% trong thời gian dài, chúng có xu hướng bị suy giảm nhanh hơn nhiều do điện trở bên trong tăng lên cùng với sự tích tụ nhiệt trong các tế bào. Cơ sở khoa học đằng sau hiện tượng này cho thấy việc sạc đầy đến 100% ở mức 4,2 volt mỗi tế bào thực chất làm giảm một nửa tuổi thọ của pin khi so sánh với việc giữ pin ở mức khoảng 4,0 volt. Xem xét ở các thiết bị thực tế như điện thoại thông minh, một người sạc điện thoại mỗi ngày đến mức 100% có thể nhận thấy rằng sau chỉ mười hai tháng, dung lượng pin chỉ còn khoảng 73% so với ban đầu. Tuy nhiên, nếu một người khác có thói quen dừng lại ở mức 80%, thì pin điện thoại của họ có khả năng vẫn hoạt động ở hiệu suất trên 90% ngay cả sau một năm sử dụng thường xuyên.
Các xả một phần giảm thiểu tác động lên vật liệu pin bằng cách giảm ứng suất cơ học trong các chu kỳ sạc-xả. Việc sử dụng nông (ví dụ: xả 20–40% trước khi sạc lại) hạn chế sự giãn nở và co lại của điện cực, trong khi các chu kỳ sâu buộc phải thay đổi cấu trúc cực đoan hơn, thúc đẩy hiện tượng nứt ở catot và mất ổn định tại các bề mặt điện phân.
Các nghiên cứu cho thấy pin bị xả sâu 100% (DoD) sẽ mất dung lượng nhanh gấp ba lần so với những pin hoạt động ở mức 50% DoD. Các thực hành tốt nhất trong ngành phản ánh điều này, nhấn mạnh việc xả một phần để ngăn ngừa sự suy giảm mạng lưới tinh thể trong các vật liệu hoạt tính.
Mối quan hệ giữa độ sâu xả và tuổi thọ chu kỳ tuân theo xu hướng logarit:
| Mức độ phóng điện sâu (DOD) | Tuổi thọ chu kỳ trung bình (Li-ion) |
|---|---|
| 100% | 300–500 chu kỳ |
| 80% | 600–1.000 chu kỳ |
| 50% | 1.200–2.000 chu kỳ |
| 20% | 3.000+ chu kỳ |
Việc giữ mức xả pin ở khoảng 50% dung lượng thực tế giúp bảo vệ cấu trúc tinh thể bên trong các cực catốt nickel-mangan-coban và duy trì sự ổn định ở cấp độ ion. Nghiên cứu từ năm ngoái cũng cho thấy một số kết quả thú vị. Khi pin được sử dụng ở khoảng một nửa công suất, chúng vẫn giữ được khoảng 92% năng lượng ban đầu ngay cả sau 1.000 chu kỳ sạc. Nhưng khi người dùng để pin xả cạn hoàn toàn mỗi lần, những viên pin tương tự đã mất gần 40% dung lượng chỉ sau 400 chu kỳ. Điều này tạo ra sự khác biệt lớn. Đối với các thiết bị đòi hỏi độ tin cậy cao như thiết bị y tế cứu sống hay lưu trữ năng lượng mặt trời, phương pháp sạc/xả nông này thực sự mang lại lợi ích lâu dài.
Pin lithium-ion thường xuống cấp nhanh nhất khi được duy trì ở mức điện áp cao, đặc biệt là ở ngưỡng khoảng 4,2 volt mỗi cell. Theo một số nghiên cứu gần đây, việc giữ mức sạc pin trong khoảng từ 20% đến 80% có thể giảm khoảng hai phần ba mức độ căng thẳng hóa học bên trong các cell pin so với việc xả và sạc đầy hoàn toàn (như đã ghi nhận trong Nghiên cứu Pin Công nghiệp Jefferson WI năm 2023). Ngay cả những lần sạc quá mức trong thời gian ngắn cũng có thể khiến nhiệt độ bên trong tăng lên mức nguy hiểm, làm gia tăng nguy cơ xảy ra hiện tượng nghiêm trọng gọi là mất kiểm soát nhiệt. Mặc dù nhiều bộ sạc mới hơn thực tế sẽ chuyển sang chế độ sạc chậm khi đạt khoảng 80%, nhưng việc để pin tiếp tục kết nối khi đã sạc đầy quá lâu vẫn dẫn đến sự phân hủy dung dịch điện phân bên trong. Vì lý do này, người dùng thông minh thường rút thiết bị ra trước khi chỉ báo cho thấy đã sạc đầy hoàn toàn.
Nhiệt độ là yếu tố chính góp phần làm suy giảm pin. Cứ tăng thêm 8°C (15°F) so với mức 35°C (95°F), tốc độ lão hóa lại tăng gấp đôi. Một nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho (2022) cho thấy các pin lithium-ion vận hành ở 40°C bị mất 50% dung lượng trong số chu kỳ bằng một nửa so với những pin hoạt động ở 20°C. Những biện pháp phòng ngừa đơn giản có thể giúp:
Các bộ sạc kém chất lượng thường thiếu cơ chế điều chỉnh điện áp phù hợp, khiến pin phải chịu những dao động gây hại. Một báo cáo công nghiệp năm 2024 tiết lộ rằng 78% bộ sạc USB-C không được chứng nhận đã vượt quá giới hạn điện áp an toàn hơn 10%. Để bảo vệ tuổi thọ pin, hãy chọn các bộ sạc có:
Hiểu lầm này bắt nguồn từ các loại pin nickel-cadmium cũ hơn, vốn chịu ảnh hưởng bởi 'hiệu ứng nhớ'. Các loại pin lithium-ion hiện đại hoạt động tốt nhất khi được sạc thường xuyên và sạc phần. Việc xả sâu làm tăng căng thẳng điện hóa và đẩy nhanh sự suy giảm dung lượng. Ví dụ, việc sạc ở mức từ 40% đến 80% sẽ giảm tốc độ suy giảm 30% so với chu kỳ sạc đầy từ 0% đến 100%.
Các hệ thống quản lý pin hiện đại có thể ngăn chặn việc sạc quá mức, nhưng việc duy trì pin ở mức đầy 100% trong thời gian dài, đặc biệt là sạc qua đêm, vẫn gây thêm áp lực lên các thành phần hóa học bên trong. Các thử nghiệm hình ảnh nhiệt gần đây từ năm 2023 cũng cho thấy một điều thú vị: những viên pin vẫn được kết nối khi sạc qua đêm có nhiệt độ bên trong cao hơn khoảng 8 độ C so với những viên pin được sạc thành các đợt ngắn hơn trong ngày. Hầu hết mọi người nhận thấy rằng việc rút sạc khi thiết bị đạt khoảng 80 đến 90 phần trăm dung lượng là tối ưu nhất cho sử dụng hàng ngày. Cách làm này giảm thời gian các tế bào pin phải hoạt động trong điều kiện điện áp cao, từ đó giúp kéo dài tuổi thọ của pin theo thời gian.
Việc xả cạn ít sẽ kéo dài đáng kể tuổi thọ của pin—mức độ xả 50% mang lại số chu kỳ sử dụng gấp khoảng hai lần so với việc xả cạn hoàn toàn. Hãy hình thành những thói quen sau:
Sạc nhanh tạo ra nhiệt lượng lên đến 40% cao hơn so với sạc tiêu chuẩn, làm tăng ứng suất nhiệt lên các vật liệu ở cực âm. Các bài kiểm tra lão hóa tăng tốc cho thấy điều này có thể làm suy giảm các thành phần nhanh hơn 2,3 lần. Chỉ sử dụng sạc nhanh khi thực sự cần thiết và tháo bỏ ốp bảo vệ trong các phiên sạc tốc độ cao để tăng cường tản nhiệt và duy trì độ bền của pin.