Почему литий-ионные батареи не используются навсегда?

Основными принципами литиево-ионного аккумулятора являются следующие:

Когда аккумулятор полностью заряжен, отрицательный электрод заполнен ионами лития.

Как только он подключен к прибору, эти литиевые ионы начинают двигаться через электролит к положительному электроду, и эта химическая реакция создает электрический заряд на клеммах.

Когда на отрицательной пластине больше не осталось ионов лития, батарея разряжена, и для восстановления процесса требуется перезарядка.

Как работает литий-ионная батарея

но на самом деле процесс не совсем совершенен. С самого первого цикла разряда и перезарядки емкость аккумулятора ухудшается.

В игре есть четыре вопроса:

Интерфейс сплошного электролита накапливается на отрицательном электроде

Окисление электролита на положительном электроде

Литиевое покрытие

Механическая деградация

Интерфейс твердого электролита и окисление электролита

В то время как литий-ионная батарея заряжается атомами лития и атомами карбоната лития, образует пленку на отрицательном электроде, известном как Solid Electrolyte Interface (SEI).

Подобная пленка, известная как окисление электролита, происходит на положительном электроде, если батарея работает при полном или почти полном состоянии заряда при температуре 104 ° F (40 ° C) или выше. Электролитное окисление не является чем-то новым, этот процесс активно используется для обработки металлов, чтобы они не ржавели. Это очень популярно в индустрии яхтинга, но не приветствуется в батарее.

Это тепло может звучать редко, но рабочие температуры внутри устройств, таких как ноутбуки, часто могут значительно превышать этот предел. Он также распространен в некоторых частях мира, поскольку Nissan узнал, когда их владельцы электрических автомобилей, живущие в жарких районах, таких как Аризона, подали в суд из-за плохой емкости аккумулятора после относительно небольшого количества циклов разряда и перезарядки.

Окисление электролитом также увеличивает скорость саморазряда, что может объяснить, почему некоторые батареи, похоже, нуждаются в регулярной зарядке, даже если они не используются.

Эти пленки изначально настолько тонкие, что большинство ионов лития могут проходить, но после прогрессивных циклов зарядки и разрядки они постепенно сгущаются. Каждый раз, когда пленка утолщается, она уменьшает количество ионов лития, которые могут перемещаться между пластинами, влияя на способность батареи полностью заряжаться, а также увеличивая время, необходимое для перезарядки.

Различные производители смогли уменьшить накопление одной или любых пленок с добавлением определенных химических веществ в электролит, но никто не смог полностью остановить процесс.

Когда литий-ионные батареи заряжаются быстро, скорость, с которой ионы покидают положительный электрод и направляется к отрицательному электроду, превышает скорость, с которой отрицательный электрод может поглощать ионы. В таких случаях ионы затем становятся металлическим отложением на электроде.

Положительный электрод особенно плохо поглощает ионы при низких температурах, поэтому смешивайте быструю зарядку и холодную окружающую среду, и вы получаете рецепт быстрого литиевого покрытия.

Меньше ионов вокруг означает меньшую емкость аккумулятора. В более экстремальных условиях наращивание может привести к короткому замыканию батареи и сбою.

36v 12Ah Li Ion Battery