Kuna maailm läheb üle puhtale energiale ja säästvatele allikatele, muutuvad liitiumioonakud (Li-ioon) üha populaarsemaks. Need akud on oma suure energiatiheduse ja pika elueaga akutööstust revolutsiooniliselt muutnud. Siiski on üks küsimus, mida paljud kasutajad küsivad: "Kui kaua liitiumioonakud kestavad?" Selles artiklis uurime seda küsimust ja uurime, kuidas LiFePO4 akud, mis on täiustatud liitiumioonaku tüüp, oma eluea poolest toimivad.
1. osa: Mis on liitiumioonakud?
Liitiumioonakud, sealhulgas liitiumraudfosfaatakud (LiFePO4), on laetavad akud, mille elektrolüüdi põhikomponendina kasutatakse liitiumioone. LiFePO4 akudel on mitu eelist teiste akutüüpide ees, sealhulgas pikem eluiga, suurem efektiivsus ja energiatihedus, väiksemad hooldusvajadused, ohutus ja keskkonnasõbralikkus. Need omadused muudavad need ideaalseks võrguväliste elektrisüsteemide, suure jõudlusega rakenduste ja mobiilsusrakenduste jaoks.
Liitiumioonakusid kasutatakse sõidukites sageli käivitusakudena nende suure energiatiheduse ja väikese kaalu tõttu. Need sobivad selleks otstarbeks hästi, kuna suudavad mootori käivitamiseks anda lühikese suure vooluimpulsi. Käivitusakudena kasutatavatel liitiumioonakudel on tavaliselt väiksem mahtuvus ja neid ei tohiks kahjustuste vältimiseks sügavalt tühjaks lasta.
Seevastu LiFePO4 akud on suurepärased süvatsükkelakud. Need taluvad sagedasi süvatühjenemisi, mistõttu sobivad need ideaalselt taastuvenergia salvestamiseks ja muudeks süvatsükkelrakendusteks. Neil on pikem tsükli eluiga kui liitiumioonakudel ja nad suudavad pikema aja jooksul pakkuda suurt võimsust. Lisateavet nende kahe akutüübi erinevuste kohta leiate artiklist LiFePO4 vs. liitiumioonakud: millise aku peaksite valima?
2. osa: Kui kaua liitiumioonakud vastu peavad?
Standardne liitiumioonaku kestab keskmiselt 2-3 aastat, olenevalt kasutusest. Seda eluiga saab aga pikendada kuni viie aastani, kui akut hästi hooldada ja kasutada vastavalt tootja juhistele. Liitiumioonakud on ka temperatuurile tundlikud ja kõrge temperatuur võib nende eluiga oluliselt lühendada. Liitiumioonakut on oluline hoida kuivas ja jahedas kohas, et vältida kuumust ja pikendada selle eluiga.
LiFePO4 akud on täiustatud ja jätkusuutlikum liitiumioonaku tüüp, mis on akutööstuses üha populaarsemaks muutumas. Nende akudel on pikem eluiga kui tavalistel liitiumioonakudel, kuni 10 aastat või rohkem. LiFePO4 akud on ka äärmiselt stabiilsed ja ohutud, esindades usaldusväärsemat ja jätkusuutlikumat lahendust võrguvälise energia ja liikuvuse rakenduste jaoks.
LiFePO4 akude peamine eelis on nende võime taluda rohkem laadimis- ja tühjendustsükleid. Kui tavalised liitiumioonakud taluvad 500–1000 tsüklit, siis LiFePO4 akud suudavad taluda kuni 2000 tsüklit, mis teeb neist pikas perspektiivis vastupidavama ja kulutõhusama lahenduse. Litime'i LiFePO4 akude eluiga võib olla 4000–15 000 tsüklit, mis võimaldab nende kasutusiga üle 10 aasta, ning need on ideaalne alternatiiv pliiakudele. Lisaks on LiFePO4 akud palju ohutumad kui tavalised liitiumioonakud, kuna nende keemiline koostis muudab nad vähem vastuvõtlikuks ülekuumenemisele või plahvatustele.
LiTime pakub kvaliteetseid LiFePO4 akusid, mis on loodud pikema eluea, suurema efektiivsuse ja jätkusuutlikkuse tagamiseks. Üks populaarne mudel on 12 V 100 Ah LiFePO4 aku, mis sobib ideaalselt mitmesuguste võrguvälise energia ja mobiilsuse rakenduste jaoks. Pakume erineva suuruse ja mahutavusega akusid, et rahuldada mitmekesiseid nõudeid. LiTime on uhke oma akude kvaliteedi ja pikaealisuse üle, mida testitakse põhjalikult klientide rahulolu tagamiseks.
3. osa: Liitiumioonakude eluiga mõjutavad tegurid
Uuringu kohaselt: LIITIUMIOONAKUDE LAGUNEMIST MÕJUTAVATE TEGURITE UURING Need on tegurid, mis võivad mõjutada liitiumioonakude eluiga.
3.1 Ladustamise ajal
1) Temperatuur
Aku mahtuvuse vähenemise peamine põhjus ladustamise ajal on temperatuur, kusjuures kõrgem temperatuur viib elektroodide ja elektrolüüdi termilise lagunemiseni.
Elektrolüüdi lagunemine suurendab anoodil tahke elektrolüüdi liidese (SEI) kihi paksust, tarbides seeläbi liitiumioone, suurendades elemendi sisetakistust (IR) ja vähendades aku mahtuvust. See lagunemisprotsess tekitab ka gaase, mis suurendavad siserõhku ja kujutavad endast ohutusriski. Nagu tabelis 3.1 näidatud, kaotavad sama laetuse tasemega (SOC) (40%) salvestatud liitiumioonakud aasta jooksul erinevatel temperatuuridel oma mahutavuse protsendi.
Lagunemise aste suureneb temperatuuri tõustes. Lisaks kiirendavad äärmuslikud temperatuurid oluliselt mahtuvuse kadu. Temperatuuri tõus 0 °C-lt 25 °C-le põhjustab mahtuvuse kadu vaid 2% suurenemist, samas kui temperatuuri tõus 20 °C võrra 40 °C-lt 60 °C-le põhjustab 10% mahtuvuse kadu.
Temperatuuri üle 30 °C peetakse liitiumioonakude jaoks koormavaks ja see võib oluliselt lühendada kalendriaasta eluiga. Aku eluea pikendamiseks on soovitatav hoida liitiumioonakusid temperatuuril 5 °C kuni 20 °C.
2) Laetuse olek (SOC)
Liitiumioonakudes suureneb avatud ahela pinge (OCV) koos laetuse astme (SOC) suurenemisega, nagu on näidatud joonisel 3.2. Hoiustamise ajal viib aku kõrgem SOC kõrgema OCV-ni. Kõrge OCV võib aga viia tahke elektrolüüdi liidese (SEI) suurenemiseni ja vallandada elektrolüüdi oksüdeerumise liitiumioonakudes, mille tulemuseks on mahtuvuse kadu ja sisetakistuse (IR) suurenemine.
Pilt näitab liitiumioonakude erinevat lagunemiskiirust erinevate laetuse olekute (SOC) korral kümneaastase hoiustamise ajal. Liitiumioonakude jääkmaht väheneb kiiremini laetuse oleku suurenedes.
3.2 Jalgrattasõidu ajal
1) Temperatuur
Kuigi kõrgem temperatuur aku töötamise ajal võib ajutiselt aku jõudlust parandada, lühendab pikaajaline kõrgel temperatuuril töötamine aku eluiga. 30 °C juures töötava aku eluiga on 20% lühem, samas kui 45 °C juures kestab see vaid poole kauem kui 20 °C juures.
Tootjad määravad akude tööaja pikendamiseks nominaalseks töötemperatuuriks 27 °C. Seevastu äärmiselt madalad temperatuurid suurendavad aku sisemist takistust ja vähendavad selle tühjendusvõimet.Akul, mis pakub 27 °C juures 100% mahtuvust, on -18 °C juures vaid 50% mahtuvust.
Erinevatel temperatuuridel tühjenenud liitiumpolümeer-elementide tühjendusmaht kõigub, kusjuures akude mahtuvus on madalatel temperatuuridel (0 °C, -10 °C, -20 °C) madalam kui kõrgematel temperatuuridel (25 °C, 40 °C, 60 °C). Lisaks põhjustab liitiumioonakude laadimine madalatel temperatuuridel (alla 15 °C) liitiumioonide aeglasema lisandumise tõttu liitiumi katmist, mis kiirendab liitiumioonakude lagunemist, suurendades aku sisetakistust ja vähendades veelgi selle tühjendusmahtuvust.
Liitiumioonakude eluea ja jõudluse maksimeerimiseks on soovitatav neid kasutada mõõdukal temperatuuril. Liitiumioonakude maksimaalse eluea saavutamiseks on optimaalne temperatuur 20 °C või veidi alla selle. Tootjad soovitavad liitiumioonakude puhul siiski veidi kõrgemat temperatuuri, 27 °C, kui on vaja maksimaalset aku tööiga.
2) Drenaaži sügavus
Sügavtühjendamine mõjutab otsustavalt liitiumioonakude eluiga. Sügavtühjendamine põhjustab liitiumioonelementides rõhku ja kahjustab negatiivseid elektroode, kiirendades mahtuvuse kadu ja potentsiaalset elementide kahjustumist. Nagu joonisel näidatud, mida suurem on tsükli DOD, seda lühem on aku eluiga.
Üle 50% tühjenemissügavust liigitatakse süvatühjenemiseks. Kui liitiumioonaku laetuse tase langeb 4,2 V-lt 3,0 V-ni, tarbitakse ligikaudu 95% selle energiast ja pidev tühjenemine lühendab aku eluiga oluliselt. Mahtuvuse vähenemise vältimiseks tuleks liitiumioonaku tsükli ajal vältida täielikku tühjenemist. Liitiumioonakude eluea pikendamiseks on soovitatav nende osaline tühjendamine ja laadimine.
Tootjad kasutavad aku hindamiseks tavaliselt 80% DOD valemit, mis tähendab, et töötamise ajal kasutatakse ainult 80% tarnitud energiast, ülejäänud 20% on reserveeritud aku tööea pikendamiseks. DOD väärtuse vähendamine võib pikendada liitiumioonakude eluiga, kuid liiga madal DOD väärtus võib põhjustada aku ebapiisava tööea ja teatud ülesannete täitmise võimatuse. Liitiumioonakude kasutamisel on soovitatav hoida DOD väärtus umbes 50% juures, et saavutada aku maksimaalne tööiga ja optimaalne tööaeg.
3) Laadimispinge:
Liitiumioonakud võivad kõrge laadimispinge korral saavutada suure mahtuvuse ja pika tööaja. Liitiumioonakude täislaadimine pole aga soovitatav, kuna see võib põhjustada liitiumkatmist, mis omakorda vähendab mahtuvust ja võib akut kahjustada, põhjustades potentsiaalselt tulekahju või plahvatuse.
Ülaltoodud pilt näitab mahtuvuse vähenemist kõrge laadimispinge korral (> 4,2 V/element), kusjuures kõrgemad pinged põhjustavad kiirema mahtuvuse kao ja lühema eluea. Liitiumioonakude ohutusstandardite kohaselt on optimaalse mahtuvuse saavutamiseks soovitatav pinge 4,2 V. Laadimispinge vähenemine 70 mV võrra vähendab kogumahtuvust umbes 10%.
Allolev tabel näitab ka, et tsükli eluiga on pikim laadimispinge 3,90 V juures (2400–4000) ja see väheneb poole võrra iga laadimispinge suurenemisega 0,10 V võrra vahemikus 3,90 V–4,30 V.
Liitiumioonakusid tuleks laadida pingel alla 4,10 V, et vältida aku olulist halvenemist. Kuigi madalam laadimispinge pikendab aku eluiga, annab see kasutajale lühema tööaja. Lisaks tuleks vältida tühjenemist alla 2,5 V elemendi kohta ning optimaalne laadimispinge maksimaalse eluea saavutamiseks on 3,92 V. Sel põhjusel ei soovita LiTime LiFePO4 akusid laadida tavalise pliiaku laadijaga, kuna pinge pole laadimiseks piisavalt kõrge. Allpool on toodud soovitatav laadimispinge formaat erinevatele sügavtsükkel-aku süsteemidele.
Elektroonilistel seadmetel, näiteks sülearvutitel ja mobiiltelefonidel, on optimaalse aku tööea saavutamiseks kõrge pingelävi. Satelliitides või elektriautodes kasutatavate suurte energiasalvestussüsteemide puhul on pingelävi aga aku tööea pikendamiseks madalam. Olenemata rakendusest võib liitiumioonakude ülelaadimine nende eluiga oluliselt lühendada ja põhjustada tulekahjusid või plahvatusi, seega on soovitatav olla ettevaatlik.
4) Laadimisvool/C-kiirus:
Liitiumioonakudel on kõrge C-kiiruse korral mitmeid negatiivseid mõjusid, näiteks suurenenud sisetakistus, saadaoleva energia kadu, ohutusprobleemid ja pöördumatu mahtuvuse kadu.
Üks kõrge C-kiiruse peamisi tagajärgi on liitiumiga katmine. Liitiumioonaku laadimisel suure voolutugevusega liiguvad liitiumioonid kiiresti, mis viib liitiumioonide kogunemiseni anoodi pinnale ja metallilise liitiumi moodustumiseni. See protsess kiireneb, kui akusid kiirlaaditakse madalatel temperatuuridel ja kõrge laetuse astmega.
See liitiumikiht võib gravitatsiooni mõjul muutuda dendriitseks vormiks, mis viib aku suurenenud isetühjenemiseni. Äärmuslikel juhtudel võib see põhjustada lühise ja potentsiaalse tulekahju. Lisaks põhjustavad suured laadimis- ja tühjendusvoolud ka suuremaid energiakadusid, kuna aku sisemine takistus muundab energia soojuseks. Kui C-kiirus ületab aku soovituslikku väärtust, võib kõrgenenud sisetemperatuur põhjustada pinget, kahjustada akut ja kiirendada mahtuvuse kadu.
5) Tsükli sagedus
Liitiumioonakude sagedane tsükkel, eriti kui neid kasutatakse neli või enam korda päevas, võib põhjustada mehaanilist pinget ja suurendada tahke elektrolüüdi vahekihi (SEI) kasvu.
Tsükli ajal kaotavad liitiumioonakud oma elektroodidel nii positiivsed kui ka negatiivsed liitiumi reaktsioonikohad, vähendades seeläbi nende mahtuvust. SEI kihi kogunemine tsükli ajal suurendab aku sisetakistust ning vähendab selle elektrijuhtivust ja laetavust.
SEI kihi paksenemine, Li-keskuste arvu vähenemine ja muud keemilised muutused liitiumioonakudes viivad mahtuvuse kadumiseni ja lõpuks aku rikkeni. Kuigi sellel teemal otseselt uuringuid avaldatud ei ole, eeldatakse, et kõrge tsüklisagedus kiirendab aku lagunemist sagedase kasutamise tekitatud kõrgete temperatuuride tõttu.
Kui liitiumioonakusid pidevalt tsükliliselt käitatakse ilma piisava jahtumisajata, võib see põhjustada keemilist stressi, mille tulemuseks on elektrolüütide ja elektroodide lagunemine.
4. osa: Li-ioonakude eluea pikendamise meetodid
- Hoidke akut mõõdukal temperatuuril: kõrge temperatuur võib lühendada aku eluiga. Seetõttu on soovitatav liitiumioonakusid hoida või kasutada mõõdukas temperatuurivahemikus 5–20 °C.
- Osaline tühjendamine ja laadimine: Liitiumioonakude osaline tühjendamine ja laadimine võib pikendada nende eluiga. Aku eluea pikendamisele aitab kaasa ka sügava tühjenemise vältimine üle 50% tühjenemissügavuse.
- Säilita mõõdukas laetuse tase: äärmuslik laetuse tase võib põhjustada mahtuvuse kadu ja lühendada aku tööiga. Liitiumioonakude mõõduka laetuse taseme hoidmine minimeerib aku kulumist ja pikendab aku tööiga.
- Vältige kokkupuudet kuumusega: kõrge temperatuur akude kasutamise või ladustamise ajal võib suurendada SEI paksust ja põhjustada elektrolüüdi oksüdeerumist, mis viib mahtuvuse vähenemiseni ja aku eluea lühenemiseni.
- Hoidke akusid õigesti, kui neid ei kasutata: Hoidke liitiumioonakusid mittekasutamise ajal umbes 50% laetud olekus ning kaitske neid äärmuslike temperatuuride ja niiskuse eest.
- Vältige kiiret laadimist ja tühjendamist: kiire laadimine või tühjendamine võib põhjustada liigset kuumenemist, mis aja jooksul võib aku sisemisi komponente kahjustada ja lühendada selle eluiga.
- Kasutage originaalseadmete tootja (OEM) laadijaid: Spetsiaalselt liitiumioonakude jaoks loodud OEM-laadijate kasutamine tagab nende laadimise õige pinge ja voolutugevusega, et vältida kahjustusi ja pikendada nende eluiga. LiTime pakub LiFePO4 liitiumakude laadimiseks sobivaid LiFePO4 laadijaid.
Kokkuvõte
See artikkel kirjeldab üksikasjalikult liitiumakudega seotud kontseptsioone, liitiumakusid mõjutavaid tegureid ja seda, kuidas nende eluiga pikendada. Loodame, et see aitab teil liitiumakusid paremini mõista. Kui soovite leida õige liitiumaku, võite tutvuda ametliku [veebisaidi/dokumendi/jne] teabega. LiTime'i veebisait Külastage meid, et saada lisateavet asjakohaste toodete ja muu teabe kohta.
