أسباب تدهور البطارية

مقالات مرجعيةمجلة الكهروضوئية

وسط مجموعة واسعة من البطاريات، يتمتع كل نوع من الخلايا والأنواع الفرعية من الأجهزة بقابلية فريدة للتدهور، تتأثر بالاستخدام وعوامل أخرى. تزدهر بعض الخلايا عند درجات الحرارة المنخفضة، والبعض الآخر يزدهر عند التيارات العالية. ومع ذلك، فإن مثل هذا التخصص غالبًا ما يكون له تكلفة.

يرتبط تقادم البطارية إما بالوقت (في حالات التقادم التقويمي أو "التقويمي") أو بالاستخدام، حيث يمثل الشحن والتفريغ التقادم "الدوري".

يساهم كلا شكلي الشيخوخة في تلاشي القدرة والكفاءة وزيادة المقاومة الداخلية حيث تصبح الأيونات محاصرة في ردود الفعل الجانبية غير السارة إلى الأبد. ردود الفعل هذه مدفوعة بـ "عوامل مؤثرة" مختلفة. عادة، تتفاعل الأيونات بشكل لا رجعة فيه مع المواد الأخرى في الخلية، وتشكل بقايا سلبية وتمنع استخدامها لنقل الطاقة.

وتشمل العوامل المؤثرة الشائعة - والتي يختلف تأثيرها حسب نوع الخلية - درجة حرارة خلايا البطارية؛ حالة شحن الجهاز (شركة نفط الجنوب)؛ والتيار أو الطاقة المستخدمة أثناء الشحن والتفريغ. فيما يتعلق بحالة الشحن - مقدار الشحن أو الطاقة في البطارية - فإن شركة نفط الجنوب الخامل مهم عندما لا تكون البطارية قيد الاستخدام وتكون نافذة شركة نفط الجنوب (النطاق الذي يحدث فيه التدوير) ذات صلة عندما يقوم الجهاز بالتدوير.

يعد الإجهاد الميكانيكي، مثل الاهتزاز والضغط، عاملاً مؤثرًا آخر في تدهور البطارية ولكننا سنركز على العوامل الثلاثة المذكورة أعلاه في الوقت الحالي.

درجة حرارة

تلعب درجة الحرارة دورًا محوريًا في عمر البطارية. تستفيد معظم كيمياء الخلايا من التخزين والتباطؤ في درجات حرارة منخفضة، أقل من 20 درجة مئوية، حيث يؤدي ذلك إلى إبطاء الشيخوخة التقويمية عن طريق تقليل فرصة التفاعلات الجانبية. يمكن أن يؤدي التباطؤ في درجات الحرارة المرتفعة إلى زيادة معدل التحلل بشكل كبير.

وعلى العكس من ذلك، فإن معظم تكنولوجيا الخلايا حساسة للغاية للتشغيل في درجات الحرارة المنخفضة، مما يسبب معضلة. نظرًا لأن أكثر من 30 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية أقل من المستوى الأمثل، فإن النقطة المثالية لتشغيل خلايا البطارية تتراوح بين 15 درجة مئوية إلى 25 درجة مئوية، بالنسبة لمعظم الكيمياء. تعتبر البطاريات الأحدث المعتمدة على النيكل والمنغنيز والكوبالت (إن إم سي) حساسة للغاية للشحن في درجات حرارة منخفضة ويمكن أن تحدث عيوب خطيرة إذا تم شحنها عند درجة حرارة أقل من 10 درجات مئوية. في الرسم البياني الموجود على اليسار، تظهر ثلاث خلايا إن إم سي عالية الجودة من نفس النوع ، تم تحسين معدل التحلل قليلاً عن طريق تقليل درجة حرارة التشغيل بمقدار 10 درجات مئوية، من 25 درجة مئوية (الخط البرتقالي) إلى 15 درجة مئوية (الخط البنفسجي). ومع ذلك، فإن خفض درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية (الخط الأزرق) سيؤدي إلى تعطل البطارية على الفور تقريبًا.

طلاء الليثيوم

تعتبر بطاريات الليثيوم أيون (ليثيوم أيون) آمنة بشكل عام ولكن في ظل ظروف معينة - في درجات الحرارة الباردة، أو في ظل تيار مرتفع، أو مع قطب كهربائي مضيف مملوء جيدًا بالفعل - يمكن أن تتعرض لطلاء الليثيوم. يوضح المثال أعلاه تأثير الطلاء عند درجة حرارة منخفضة. الطلاء هو أحد أشكال البقايا التي تحدث عندما تشكل أيونات الليثيوم رواسب معدنية داخل خلايا البطارية. مع مرور الوقت، يمكن أن تتراكم هذه العملية وتؤدي في النهاية إلى دوائر قصيرة داخلية قد تؤدي إلى الهروب الحراري - وهو إطلاق سريع وخطير للحرارة والغازات.

شركة نفط الجنوب

حالة الشحن لها تأثير كبير على عمر البطارية. كل من شركة نفط الجنوب الخامل، أثناء عدم الاستخدام (الذي يتعلق بالشيخوخة التقويمية)، ونطاق شركة نفط الجنوب أو النافذة أثناء التشغيل (الشيخوخة الدورية) مهمان. يوضح المثال التالي خليتين إن إم سي متطابقتين.

يوضح الرسم البياني أدناه تطور التدهور في حالتين استخدام متطابقتين تقريبًا لخلايا إن إم سي عالية الجودة.

كلاهما يستخدم حوالي 50% فقط من البطارية، وحالة الاستخدام الأولى (الخط الأزرق) تفعل ذلك في النصف العلوي من شركة نفط الجنوب، حيث يبدأ الشحن بالكامل وينخفض ​​إلى 50% قبل أن يتم شحنه بالكامل مرة أخرى. حالة الاستخدام الثانية (باللون البرتقالي) تبدأ بشحن 50% وتنتهي فارغة تقريبًا. وكما تظهر الرسوم البيانية، فإن التأثير على التدهور لا يصدق: فالبطارية البرتقالية ستعيش أطول مرتين إلى ثلاث مرات من البطارية الزرقاء، مما يقلل التكلفة الإجمالية للملكية بأكثر من النصف.

ومع ذلك، يجب التأكيد على أن هذا مثال على نوع معين من الخلايا، وقد تتصرف الأجهزة والخلايا الأخرى بشكل مختلف تمامًا. كقاعدة عامة، يؤدي تجنب نسبة شركة نفط الجنوب أعلى من 90% وأقل من 10% إلى إطالة عمر البطارية بشكل عام، ولكن هناك استثناءات.