[Pełny przewodnik] Jak długo wytrzymują baterie litowe?
Spis treści
Część 1. Czym są baterie litowo-jonowe?
Część 2. Jak długo działają baterie litowo-jonowe?
Część 3. Czynniki wpływające na żywotność baterii litowo-jonowych
Część 5. Najczęściej zadawane pytania dotyczące akumulatorów litowo-jonowych
Część 6. Czy warto inwestować w baterie litowo-jonowe?
Część 1. Czym są baterie litowo-jonowe?
Baterie litowo-jonowe, w tym Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4)Akumulatory LiFePO4 są akumulatorami i wykorzystują jony litu jako główny składnik elektrolitu. Oferują szereg zalet w porównaniu z innymi typami akumulatorów, takich jak dłuższa żywotność, wyższa sprawność i gęstość energetyczna, mniejsze wymagania konserwacyjne, większe bezpieczeństwo i przyjazność dla środowiska. Te cechy sprawiają, że idealnie nadają się do systemów zasilania poza siecią, zastosowań o wysokiej wydajności oraz rozwiązań mobilnych.
Akumulatory litowo-jonowe są często stosowane jako akumulatory rozruchowe w pojazdach ze względu na wysoką gęstość energii i niską masę. Doskonale nadają się do tego zastosowania, ponieważ mogą dostarczyć krótki impuls wysokiego prądu do rozruchu silnika. Akumulatory litowo-jonowe używane jako akumulatory rozruchowe zazwyczaj mają mniejszą pojemność i nie powinny być rozładowywane do głębokiego rozładowania, aby uniknąć uszkodzenia.
Z kolei akumulatory LiFePO4 wyjątkowo dobrze sprawdzają się jako akumulatory głębokiego rozładowania. Wytrzymują częste głębokie rozładowania i dlatego idealnie nadają się do magazynowania energii odnawialnej oraz innych zastosowań wymagających głębokiego rozładowania. Dzięki dłuższej żywotności niż akumulatory litowo-jonowe, akumulatory LiFePO4 zapewniają wysoką wydajność przez długi czas. Dowiedz się więcej o różnicach między tymi dwoma typami akumulatorów na stronie [link do odpowiedniej strony]. Akumulatory głębokiego cyklu i rozruchowe.
Część 2. Jak długo działają baterie litowo-jonowe?
Standardowa bateria litowo-jonowa zazwyczaj wystarcza na dwa do trzech lat, w zależności od sposobu użytkowania. Jednak przy prawidłowej konserwacji i przestrzeganiu instrukcji producenta, żywotność baterii można wydłużyć nawet do pięciu lat. Baterie litowo-jonowe są wrażliwe na temperaturę, a wysokie temperatury mogą znacznie skrócić ich żywotność. Dlatego ważne jest, aby przechowywać baterię litowo-jonową w chłodnym i suchym miejscu, aby uniknąć narażenia na ciepło i przedłużyć jej żywotność.
Akumulatory LiFePO4 to bardziej zaawansowany i zrównoważony rodzaj akumulatorów litowo-jonowych, który zyskuje na popularności w branży. Akumulatory te charakteryzują się dłuższą żywotnością niż konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe i mogą działać nawet 10 lat lub dłużej.Ponadto akumulatory LiFePO4 są wyjątkowo stabilne i bezpieczne, co sprawia, że stanowią bardziej niezawodne i zrównoważone rozwiązanie w zastosowaniach mobilnych i energetycznych poza siecią.
Kluczową zaletą akumulatorów LiFePO4 jest ich zdolność do wytrzymywania większej liczby cykli ładowania i rozładowania. Podczas gdy konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe wytrzymują 500-1000 cykli, akumulatory LiFePO4 wytrzymują nawet 2000 cykli, co czyni je trwalszym i bardziej ekonomicznym rozwiązaniem w dłuższej perspektywie. Akumulator LiFePO4 od Królowa Mocy Mogą wytrzymać od 4000 do 15 000 cykli ładowania i mają żywotność ponad 10 lat, co czyni je idealną alternatywą dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Co więcej, akumulatory LiFePO4 są znacznie bezpieczniejsze niż konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe, ponieważ ich skład chemiczny sprawia, że są mniej podatne na przegrzanie lub wybuch.
Power Queen oferuje wysokiej jakości akumulatory LiFePO4 zaprojektowane z myślą o dłuższej żywotności, zwiększonej wydajności i zrównoważonym rozwoju. Oferujemy szeroki wybór rozmiarów i pojemności akumulatorów, odpowiednich do różnych zastosowań w energetyce poza siecią elektroenergetyczną i mobilności. Power Queen szczyci się jakością i trwałością swoich akumulatorów, które przechodzą rygorystyczne testy, aby zapewnić satysfakcję klienta.
Część 3. Czynniki wpływające na żywotność baterii litowo-jonowych
Zgodnie z badaniem Badanie czynników wpływających na degradację baterii litowo-jonowychPoniżej wymieniono czynniki, które mogą mieć wpływ na żywotność baterii litowo-jonowych.
3.1 Podczas przechowywania
1) Temperatura
Główną przyczyną utraty pojemności akumulatora podczas przechowywania jest temperatura. Wyższa temperatura powoduje rozkład termiczny elektrod i elektrolitu.
Rozkład elektrolitu zwiększa grubość warstwy SEI („Solid Electrolyte Interface”) na anodzie, co powoduje zużycie jonów litu, wzrost rezystancji wewnętrznej i zmniejszenie pojemności akumulatora. Ten rozkład powoduje również wydzielanie się gazów, które zwiększają ciśnienie wewnętrzne i stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa. Jak pokazano w tabeli 3.1, akumulatory litowo-jonowe przechowywane w tym samym stanie naładowania (40%) tracą różną wartość procentową swojej pojemności w ciągu roku w różnych temperaturach.
Stopień degradacji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, a ekstremalne temperatury znacznie przyspieszają utratę pojemności. Na przykład, wzrost temperatury o 25°C z 0°C do 25°C powoduje utratę pojemności zaledwie o 2%, podczas gdy wzrost o 20°C z 40°C do 60°C powoduje utratę pojemności o 10%.
Tabela 3.1
Temperatury powyżej 30°C są uważane za szkodliwe dla akumulatorów litowo-jonowych i mogą prowadzić do znacznego skrócenia ich żywotności. Aby wydłużyć żywotność akumulatorów litowo-jonowych, zaleca się ich przechowywanie w temperaturze od 5°C do 20°C.
2) Stan naładowania (SOC)
W akumulatorach litowo-jonowych napięcie obwodu otwartego (OCV) rośnie wraz ze wzrostem stanu naładowania (SOC), jak pokazano na rysunku 3.2. Podczas przechowywania, wyższy stan naładowania (SOC) akumulatora prowadzi do wyższego napięcia OCV. Jednak wysokie napięcie OCV może prowadzić do wzrostu granicy fazowej stałego elektrolitu (SEI) i wywołać utlenianie elektrolitu w akumulatorach litowo-jonowych, co skutkuje utratą pojemności i wzrostem rezystancji wewnętrznej (IR).
Rysunek 3.2
Rysunek 3.Rysunek 3 przedstawia różne tempo degradacji akumulatorów litowo-jonowych przy różnych wartościach stanu naładowania (SOC) w ciągu dziesięcioletniego okresu przechowywania. Pojemność baterii litowo-jonowych maleje szybciej wraz ze wzrostem wartości SOC.
Rysunek 3.3
Aby zminimalizować degradację baterii i wydłużyć jej żywotność, zaleca się utrzymywanie baterii litowo-jonowych w umiarkowanym stanie naładowania (SOC). Zaleca się ładowanie lub rozładowywanie baterii litowo-jonowych do około 50% stanu naładowania przed przechowywaniem.
3.2 Podczas pracy cyklicznej
1) Temperatura
Chociaż podwyższona temperatura podczas pracy akumulatora może tymczasowo poprawić jego wydajność, długotrwałe cykle ładowania i rozładowywania skracają jego żywotność. Na przykład, akumulator pracujący w temperaturze 30°C ma o 20% krótszy cykl ładowania, podczas gdy w temperaturze 45°C jego żywotność jest o połowę krótsza niż w temperaturze 20°C.
Producenci określają nominalną temperaturę pracy na 27°C, aby zoptymalizować żywotność akumulatora. Z kolei ekstremalnie niskie temperatury zwiększają rezystancję wewnętrzną i zmniejszają pojemność rozładowania. Akumulator, który oferuje 100% pojemności w temperaturze 27°C, będzie miał jedynie 50% pojemności w temperaturze -18°C.
Pojemność rozładowania ogniw litowo-polimerowych zmienia się w zależności od temperatury, przy czym w niskich temperaturach (0°C, -10°C, -20°C) obserwuje się niższe pojemności w porównaniu z temperaturami wyższymi (25°C, 40°C, 60°C). Ładowanie akumulatorów litowo-jonowych w niskich temperaturach (poniżej 15°C) może prowadzić do osadzania się jonów litu w wyniku spowolnienia osadzania się jonów litu, co przyspiesza degradację akumulatora poprzez wzrost rezystancji wewnętrznej i dalsze zmniejszenie pojemności rozładowania.
Rysunek 3.4
Aby zmaksymalizować żywotność i wydajność akumulatorów litowo-jonowych, zaleca się ich eksploatację w umiarkowanych temperaturach. Temperatura 20°C lub nieco niższa jest optymalna dla osiągnięcia maksymalnej żywotności. Producenci zalecają jednak nieco wyższą temperaturę, 27°C, gdy wymagany jest maksymalny czas pracy akumulatora.
2) Głębokość zrzutu (DOD)
Głębokość rozładowania (DOD) ma znaczący wpływ na żywotność akumulatorów litowo-jonowych. Głębokie rozładowania wytwarzają ciśnienie w ogniwach i uszkadzają elektrody ujemne, przyspieszając utratę pojemności i zwiększając ryzyko uszkodzenia ogniw. Jak pokazano na rysunku 3.5, większa głębokość rozładowania skutkuje krótszą żywotnością akumulatora.
Rysunek 3.5
Głębokość rozładowania przekraczająca 50% nazywana jest głębokim rozładowaniem. Gdy napięcie akumulatora litowo-jonowego spada z 4,2 V do 3,0 V, zużywane jest około 95% jego energii, co skutkuje najkrótszą możliwą żywotnością akumulatora przy ciągłym ładowaniu i rozładowywaniu. Aby uniknąć utraty pojemności, zaleca się unikanie głębokich rozładowań podczas wymiany akumulatorów. Częściowe rozładowania i ładowania akumulatorów litowo-jonowych przyczyniają się do wydłużenia ich żywotności.
Producenci zazwyczaj klasyfikują akumulatory według wzoru 80% DOD, co oznacza, że tylko 80% dostarczanej energii jest wykorzystywane podczas pracy, a pozostałe 20% jest zarezerwowane na wydłużenie żywotności akumulatora. O ile obniżenie wartości DOD może wydłużyć żywotność akumulatora, o tyle zbyt niska wartość DOD może prowadzić do jego niewystarczającej żywotności i uniemożliwić wykonanie niektórych zadań.W przypadku akumulatorów litowo-jonowych zaleca się wartość DOD wynoszącą około 50%, aby uzyskać maksymalną żywotność i optymalny czas pracy.
3) Napięcie ładowania
Akumulatory litowo-jonowe mogą osiągać dużą pojemność i dłuższy czas pracy przy wysokim napięciu ładowania. Nie zaleca się jednak ich pełnego ładowania, ponieważ może to prowadzić do osadzania się litu, co z kolei prowadzi do utraty pojemności i uszkodzenia akumulatora, zwiększając ryzyko pożaru lub wybuchu.
Rysunek 3.6
Rysunek 3.6 ilustruje redukcję pojemności przy wysokich napięciach ładowania (&(gt; 4,2 V/ogniwo) i pokazuje, że wyższe napięcia prowadzą do szybszej utraty pojemności i krótszej żywotności. Zalecane napięcie ładowania dla optymalnej pojemności i bezpieczeństwa wynosi 4,2 V. Zmniejszenie napięcia ładowania o 70 mV może zmniejszyć całkowitą pojemność o około 10%.
Z tabeli 3.2 wynika, że żywotność cyklu jest najdłuższa przy napięciu ładowania 3,90 V (2400–4000 cykli) i ulega zmniejszeniu o połowę przy każdym wzroście napięcia ładowania o 0,10 V w zakresie od 3,90 V do 4,30 V.
Tabela 3.2
Aby uniknąć znacznej degradacji akumulatora, akumulatory litowo-jonowe należy ładować napięciem poniżej 4,10 V. Niższe napięcie ładowania wydłuża żywotność akumulatora, ale skraca czas jego pracy. Ponadto należy unikać rozładowywania poniżej 2,5 V na ogniwo, a napięcie ładowania 3,92 V jest optymalne dla osiągnięcia najdłuższej żywotności. Z tego powodu Power Queen nie zaleca... Ładowanie akumulatora LiFePO4 za pomocą ładowarki kwasowo-ołowiowej, ponieważ jego napięcie jest niewystarczające do prawidłowego ładowania. Poniżej znajdziesz zalecany format napięcia ładowania dla różnych systemów akumulatorów głębokiego cyklu.
Zalecane napięcie ładowania zależy od rodzaju akumulatora głębokiego rozładowania. W przypadku urządzeń elektronicznych, takich jak laptopy i telefony komórkowe, stosuje się wyższy próg napięcia, aby wydłużyć żywotność baterii. Natomiast w dużych systemach magazynowania energii dla satelitów lub pojazdów elektrycznych stosuje się niższy próg napięcia, aby wydłużyć żywotność baterii. Niezależnie od zastosowania, przeładowywanie akumulatorów litowo-jonowych może znacznie skrócić ich żywotność i stwarzać zagrożenia dla bezpieczeństwa, takie jak pożary czy wybuchy, dlatego wymaga ostrożnego postępowania.
4) Prąd ładowania/współczynnik C
Wysokie wartości współczynnika C w przypadku akumulatorów litowo-jonowych powodują szereg negatywnych skutków, w tym zwiększoną rezystancję wewnętrzną, utratę dostępnej energii, problemy z bezpieczeństwem i nieodwracalną utratę pojemności.
Istotną konsekwencją wysokich wartości C jest galwanizacja litu. Podczas ładowania akumulatora litowo-jonowego wysokim prądem jony litu szybko migrują, co prowadzi do gromadzenia się litu na powierzchni anody i tworzenia litu metalicznego. Proces ten ulega dalszemu nasileniu, gdy akumulatory są szybko ładowane w niskich temperaturach lub przy wysokich stanach naładowania (SOC).
Osadzony lit może pod wpływem grawitacji tworzyć struktury dendrytyczne, zwiększając szybkość samorozładowania akumulatora. W poważnych przypadkach może to prowadzić do zwarć i potencjalnych pożarów. Ponadto, wysokie prądy ładowania i rozładowywania przyczyniają się do większych strat energii z powodu oporu wewnętrznego, który przekształca energię w ciepło. Jeśli współczynnik C przekroczy zalecaną wartość dla akumulatora, wzrost temperatury może go obciążyć, prowadząc do uszkodzenia i przyspieszenia utraty pojemności.
5) Częstotliwość cykli
Częste cykle ładowania i rozładowywania akumulatorów litowo-jonowych, zwłaszcza cztery lub więcej razy dziennie, mogą prowadzić do naprężeń mechanicznych i sprzyjać rozwojowi warstwy międzyfazowej stałego elektrolitu (SEI).
Podczas cyklu akumulatory litowo-jonowe tracą zarówno dodatnie, jak i ujemne miejsca reakcji litu na elektrodach, zmniejszając w ten sposób swoją pojemność. Nagromadzenie warstwy SEI zwiększa rezystancję wewnętrzną akumulatora oraz zmniejsza jego przewodność elektryczną i ładowalność.
Zagęszczenie warstwy SEI, redukcja miejsc reakcji litu i inne zmiany chemiczne w akumulatorach litowo-jonowych prowadzą do utraty pojemności i ostatecznie do awarii akumulatora. Chociaż nie ma konkretnych badań bezpośrednio zajmujących się tym tematem, zakłada się, że wysoka częstotliwość cykli przyspiesza degradację akumulatora ze względu na wysokie temperatury generowane podczas częstego użytkowania.
Ciągłe ładowanie akumulatorów litowo-jonowych bez wystarczającego czasu chłodzenia może wywołać stres chemiczny, prowadzący do rozkładu elektrolitów i elektrod.
Część 4. Metody wydłużania żywotności akumulatorów litowo-jonowych
Aby wydłużyć żywotność baterii litowo-jonowych, należy przestrzegać poniższych wskazówek:
Przechowuj akumulator w umiarkowanej temperaturze: Wysokie temperatury mogą skrócić żywotność akumulatora. Zaleca się przechowywanie i użytkowanie akumulatorów litowo-jonowych w umiarkowanym zakresie temperatur od 5°C do 20°C.
Częściowe rozładowanie i ładowanie: Częściowe rozładowanie i ładowanie akumulatorów litowo-jonowych może wydłużyć ich żywotność. Unikaj głębokich rozładowań powyżej 50% głębokości rozładowania (DOD), aby wydłużyć żywotność akumulatora.
Utrzymuj umiarkowany poziom naładowania (SOC): Ekstremalne poziomy SOC mogą prowadzić do utraty pojemności i skrócenia żywotności baterii. Utrzymywanie akumulatorów litowo-jonowych na umiarkowanym poziomie SOC minimalizuje degradację i wydłuża ich żywotność.
Unikać narażenia na działanie ciepła: Wysokie temperatury podczas użytkowania lub przechowywania mogą zwiększyć grubość SEI i wywołać utlenianie elektrolitu, co prowadzi do utraty pojemności i skrócenia żywotności.
Przechowuj baterie prawidłowoKiedy nie używasz: Przechowuj akumulatory litowo-jonowe, gdy ich stan naładowania (SOC) wynosi około 50%, i chroń je przed ekstremalnymi temperaturami i wilgocią, gdy nie są używane.
Unikaj szybkiego ładowania i rozładowywania: Szybkie ładowanie i rozładowywanie generuje nadmierne ciepło, które z czasem może uszkodzić wewnętrzne podzespoły akumulatora i skrócić jego ogólną żywotność.
Używaj ładowarek OEM (Original Equipment Manufacturer): Używanie ładowarek OEM, zaprojektowanych specjalnie do akumulatorów litowo-jonowych, zapewnia im prawidłowe napięcie i natężenie prądu, zapobiegając uszkodzeniom i wydłużając ich żywotność. Power Queen oferuje odpowiednie ładowarki. Ładowarki akumulatorów LiFePO4 do ładowania akumulatorów litowych LiFePO4.
Część 5. Najczęściej zadawane pytania dotyczące akumulatora litowo-jonowego
1. Jak długo wytrzymują baterie litowe w samochodach?
Żywotność akumulatorów litowych w samochodach zależy od kilku czynników, takich jak jakość akumulatora, sposób użytkowania i warunki środowiskowe. Zasadniczo, dobrze utrzymany akumulator litowy w samochodzie może działać od 8 do 10 lat, a nawet dłużej.
Żywotność akumulatora może się jednak znacznie różnić w zależności od sposobu użytkowania pojazdu, nawyków ładowania, temperatury otoczenia i stylu jazdy. Aby zapewnić maksymalną żywotność i wydajność, należy przestrzegać zaleceń producenta dotyczących konserwacji i ładowania akumulatora.
2. Jak długo wytrzymują baterie litowe w kamperze?
Dobrze utrzymany Akumulator litowy w kamperzeja Zazwyczaj działają od 5 do 7 lat, a nawet dłużej. Baterie litowe Power Queen, o żywotności do 4000–15 000 cykli ładowania, mogą działać ponad 10 lat.
3. Jak długo bateria litowa może działać bez ładowania?
Czas działania baterii litowo-jonowej bez ładowania zależy od kilku czynników, takich jak pojemność baterii, rodzaj urządzenia, w którym się znajduje, oraz pobór mocy przez urządzenie. Średnio większość baterii litowo-jonowych może działać od 2 do 10 lat bez ładowania, w zależności od warunków przechowywania. Jednak ten czas może się różnić w zależności od temperatury, sposobu użytkowania i warunków przechowywania. Prawidłowe przechowywanie i utrzymywanie zalecanego stanu naładowania (SOC) ma kluczowe znaczenie dla maksymalizacji żywotności baterii. Nawet gdy nie są używane, baterie litowo-jonowe mogą z czasem tracić ładunek i wymagać ponownego naładowania przed użyciem.
4. Czy akumulator LiFePO4 jest bezpieczniejszy niż akumulator litowo-jonowy?
Tak, akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4 lub LFP) są uważane za bezpieczniejsze niż konwencjonalne akumulatory litowo-jonowe (Li-ion). Wynika to z ich bardziej stabilnej chemii, co czyni je mniej podatnymi na przegrzanie, niekontrolowany wzrost temperatury i inne problemy związane z bezpieczeństwem.
Akumulatory LiFePO4 charakteryzują się mniejszym ryzykiem niekontrolowanego wzrostu temperatury, ponieważ mają niższą rezystancję wewnętrzną, co oznacza, że generują mniej ciepła, a to z kolei zmniejsza ryzyko uszkodzenia lub wybuchu ogniwa. Ponadto oferują wyższą stabilność termiczną i wytrzymują wysokie temperatury bez utraty pojemności, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających długotrwałego i niezawodnego źródła zasilania.
Część 6. Warto się ten inwestycja W Baterie litowo-jonowe?
W porównaniu do przestarzałych akumulatorów kwasowo-ołowiowych Akumulatory litowo-jonowe są bez wątpienia lepszym wyborem. Są lżejsze, mają większą pojemność magazynowania energii i niższy współczynnik samorozładowania. Wymagają również mniej konserwacji i mają dłuższą żywotność. Choć początkowo są droższe, to jednak zapewniają znaczne oszczędności. Dlatego uważamy, że akumulatory litowo-jonowe to opłacalna inwestycja. Oferują niezawodny i bezproblemowy sposób magazynowania dużych ilości energii, co może być szczególnie przydatne w momencie, gdy jest ona najbardziej potrzebna.
