العلماء يكتشفون طرق لتمديد عمر بطارية الليثيوميون

هل تساءلت يوماً كم ستستمر بطاريات الليثيوم أيون التي تعمل على الهواتف الذكية أو الأدوات الكهربائية أو أجهزة تخزين الطاقة المحمولة؟ خمس سنوات؟ ثماني سنوات؟أو ربما عشر سنوات كما يدعي بعض المصنعينفمدة عمر بطاريات الليثيوم بعيدة عن أن تكون عدداً بسيطاً، فهي تتأثر بتفاعل معقد من العوامل.يكشف عن العوامل الرئيسية التي تؤثر على طول العمر، ويقدم نصائح عملية لتحقيق أقصى قدر من عمر الخدمة.

عمر دورة بطارية الليثيوم يشير إلى عدد دورات الشحن والتفريغ الكاملة التي يمكن أن تخضع لها قبل أن تتدهور قدرتها إلى نسبة معينة (عادة 80٪) من قدرتها الأصلية.في كل مرة تفرغ فيها البطارية، يتحرك أيونات الليثيوم من الأقطاب الكهربائية السلبية إلى الأقطاب الكهربائية الإيجابية؛ أثناء الشحن، فإنها تتحرك في الاتجاه المعاكس.كل دورة شحن وتفريغ تسبب أضرار مجهرية في الهيكل الداخلي للبطاريةوبالتالي، تعتبر عمر الدورة مؤشراً حاسماً على متانة بطارية الليثيوم.

تظهر أنواع مختلفة من بطاريات ليثيوم أيون اختلافات كبيرة في عمر الدورة. بطاريات ليثيوم أيون الشائعة عادة ما تقدم ما بين 2000 إلى 10،000 دورة.في حين أن بطاريات الرصاص الحمضي التقليدية قد توفر فقط حوالي 500 دورةمن المهم أن نلاحظ أنه حتى عندما تنخفض السعة إلى أقل من 80٪، البطارية لا تزال تعمل، على الرغم من انخفاض الأداء بشكل ملحوظ.

عائلة بطاريات ليثيوم أيون تشمل مواد كيميائية مختلفة، كل منها مع مدة حياة متميزة.عادة ما تستمر بين 2 إلى 7 سنواتتقنيات البطارية المتقدمة مثل فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO4 أو LFP) توفر حياة خدمة أطول بكثير.توفر بعض محطات الطاقة المحمولة التي تستخدم بطاريات LiFePO4 ضمانات تصل إلى 5 سنوات دون قيود دورة الشحنيمكن لهذه البطاريات أن تكون بمثابة مصادر طاقة احتياطية أو أن تتحد مع الألواح الشمسية لإنشاء مولدات شمسية محمولة لتطبيقات خارج الشبكة.

يُثبت أن حساب عمر بطارية الليثيوم بدقة مستحيل تقريباً بسبب عوامل متعددة. ومع ذلك، يمكننا تقدير ذلك باستخدام هذه الأساليب:

1. مواصفات المراجعة:فحص المعلمات التقنية للبطارية بما في ذلك السعة (في ساعات واط أو ساعات أمبير) ، ومعدل تفريغها، ومدة عمر الدورة المقدمة من الشركة المصنعة،وعمق التفريغ (DoD) ٪ من سعة البطارية المستخدمة لكل دورة.
2. تقدير الصيغة:استخدم هذا الحساب: عمر الدورة (عدد) = السعة / (سرعة التفريغ × عمق التفريغ). على سبيل المثال ، بطارية 1000Wh مع 80٪ DoD واستخدام 100Wh لكل دورة ستقدم نظريا 125 دورة.

هذا يمثل تقديرًا نظريًا فقط. تعتمد عمر الدورة الفعلي على درجة الحرارة وظروف التخزين وأنظمة إدارة البطارية ومعدلات الشحن / الفراغ.

كل دورة شحن وتفريغ تسبب ضرر مجهري للمكونات الداخلية لبطارية الليثيوم مما يؤدي إلى انخفاض تدريجي في السعة مع مرور الوقتالاستخدام الصحيح والصيانة يمكن أن تبطئ هذا التدهور.

لحسن الحظ، بعض مواد البطارية الكيميائية تتحمل دورات شحن أكثر من بطاريات الرصاص الحمضي التقليدية.بعض محطات الطاقة المحمولة تظهر انخفاضا ملحوظا في السعة فقط بعد 5 إلى 10 سنوات من الاستخدام، والتي قد تستمر لفترة أطول بكثير.

• الحرارة:الحرارة الشديدة تسريع التفاعلات الكيميائية الداخلية، مما يسبب تسريع التفريغ وفقدان القدرة. البرد الشديد يبطئ التفاعلات، مما يقلل من القدرة.التعرض لدرجات حرارة شديدة لفترة طويلة يقلل من عمر البطارية.
• التكلفة الزائدة:ينتج حرارة مفرطة، مما يسرع التدهور. في الحالات القصوى، يمكن أن يؤدي الشحن الزائد إلى الهروب الحراري، مما يخلق مخاطر السلامة.تتضمن بطاريات LiFePO4 الحديثة عادةً أنظمة حماية من الإفراط في الشحن.
• التخزين:تخزين البطاريات في أماكن باردة وجافة بعيدة عن أشعة الشمس المباشرة والدرجات الحرارية القصوى. الحفاظ على الشحن الجزئي (بدلاً من الشحن الكامل أو الفارغ) يساعد على إبطاء فقدان القدرة.
• شحن سريع:في حين أن الشحن السريع مريح، فإنه يولد الحرارة التي تسرع التدهور. قلل من الشحن السريع المتكرر واستخدم دائمًا الشاحنات التي يوصي بها الشركة المصنعة.
• معدل التفريغ:إنتاج طاقة عالية أو الاستخدام المستمر يسرع فقدان القدرة. تجنب التشغيل لفترة طويلة تحت حمولة عالية.

بطاريات ليثيوم أيون تستمر عادة من 2 إلى 10 سنوات اعتمادا على البيئة وأنماط الاستخدام والكيمياء. بطاريات LiFePO4 عادة ما توفر أطول عمر (5 إلى 15 عاما) ،بينما البطاريات البوليمرية الليثيوم قد تستمر فقط من 2 إلى 5 سنوات.

نصائح عملية لإطالة عمر البطارية:

• تجنب الحرارة المتطرفة
• تخزين في أماكن باردة وجافة مع شحن جزئي
• منع الشحن الكامل أو تفريغ
• استخدام شاحنات معتمدة من قبل الشركة المصنعة
• حد من تردد الشحن السريع
• تجنب التشغيل لفترات طويلة تحت حمولة عالية
• الحماية من الضرر الجسدي والرطوبة
• مراقبة حالة الشحن وقطع الاتصال عندما يكون كامل

أجل، في حين أن البطاريات لن تفشل على الفور، التخزين الطويل يؤدي إلى تفريغها الذاتي تدريجياً. التفريغ الكامل أثناء التخزين قد يقلل من السعة والعمر.التحقق بانتظام والحفاظ على مستويات الشحن المناسبة.

تتميز بطاريات الليثيوم بمعدلات تفريغ ذاتية منخفضة ، وعادة ما تحافظ على الشحنة لمدة 2 إلى 6 أشهر أو أكثر ، اعتمادًا على النموذج والجودة والقدرة.

نعم. العديد من بطاريات الليثيوم يمكن أن تتجاوز 10 سنوات من الخدمة اعتمادا على الكيمياء والجودة. بطاريات LiFePO4 عالية الجودة غالبا ما تحقق هذه العمر.