Litio ioizko pilek ez dute energiarik "sortzen" jende gehienek uste duten moduan. Egiten dutena da erreakzio elektrokimiko itzulgarrien bidez energia elektrikoa biltegiratzea, gero kanpoko zirkuituak korrontea eskatzen duenean askatzea. Diseinu-bileretan honi buruzko nahasmena asko sortzen da, batez ere norbait bateria-pakete bat lehen aldiz neurtzen saiatzen ari denean.
Bi gauza gertatzen dira altan. Lehenik eta behin, litio ioiak elektrodo negatibotik (anodotik) elektrolitotik eta bereizgailutik elektrodo positibora (katodora) migratzen dira. Bigarrenik, elektroiak kanpoko zirkuituan zehar igarotzen dira anodotik katodora, lan erabilgarria eginez. Kargatzean, prozesua alderantzikatzen duzu ioiak eta elektroiak kontrako noranzkoan mugitzera behartzen dituen kanpoko tentsio bat aplikatuz.
Zelula batek sortzen duen tentsioa aukeratzen dituzun elektrodo-materialen eta dagozkien potentzial elektrokimikoen araberakoa da erabat. Kargarik gabe apalean eserita dagoen gelaxka berri batek bere -zirkuitu tentsioa- irekiko 3,6 eta 3,7 V ingurukoa erakutsiko du normalean litio ioiaren kimika gehienetan, nahiz eta kopuru hori mugitzen den karga-egoeraren eta tenperaturaren arabera. Karga bat konektatu eta korrontea ateratzen hasten zarenean, tentsioa jaisten da barne-erresistentzia dela eta. Zenbat erortzen den zelularen osasunari buruz asko esaten dizu.
Zelulen Kimika Oinarriak
Litio ioi zelula guztiek oinarrizko funtzionamendu-printzipio bera partekatzen dute, baina kimikak asko aldatzen dira. Katodoaren materialak zelularen errendimendu-ezaugarriak-energia-dentsitatea, potentzia-gaitasuna, ziklo-bizitza, egonkortasun termikoa eta kostua zehazten ditu neurri handi batean.
Geruzatutako oxido-katodoak izan ziren lehen kimika komertziala. Sony-k 1991n sartu zituen LiCoO₂ (litio kobalto oxidoa)rekin, oraindik ere kontsumo-elektronikan erabiltzen dena, non energia-dentsitateak kostu edo segurtasun-marjinak baino garrantzi handiagoa duen. Zelula hauek zelula mailan 150-200 Wh/kg biltzen dituzte gutxi gorabehera. Kobaltoa garestia da, eta kimika ezegonkorra da 150 gradutik gora. Ihesaldi termikoa 130 graduko tenperatura baxuetan hasten dela ikusi dugu tratu txarrak dituzten zeluletan.
Segurtasun hobea eta kostu txikiagoa lortzeko bultzadak LiMn₂O₄ (litio manganeso oxidoa) sortu zuen -1990eko hamarkadaren erdialdean. Manganesoa zikinkeria merkea da eta espinela egitura berez egonkorragoa da. Zelula hauek ez dira ihes egingo normalean 250 gradu gainditu arte. Konpromisoa? Energia-dentsitatea 100-120 Wh/kg-ra jaisten da eta manganesoa elektrolitoan disolbatzen da denborarekin, batez ere tenperatura altuetan. Zikloaren bizitzak sufritzen du: agian 300-700 ziklo ikusten ari zara, edukiera % 80tik behera jaitsi baino lehen.
LiFePO₄ (litio burdin fosfatoa) 2001 inguruan agertu zen eta segurtasun elkarrizketa aldatu zuen. Olibinoaren egitura arroka-solidoa da termikoki; ihes termikoa ez da gertatzen 270 gradutik gora arte, eta orduan ere ez da hain bortitza. Ziklo-bizitza bikaina da: 2,000+ zikloko %80ko ahalmena estandarra da, eta zelula batzuk 5.000 ziklo igarota probatu dira. Alde txarra tentsioa da: 3,2 V nominala soilik, eta energia dentsitatea 90-120 Wh/kg-ra mugatuta dago. Gainera, fosfatoaren patentearen egoera nahasia izan zen urteetan.
NMC (litio nikel manganeso kobalto oxidoa) eta NCA (litio nikel kobalto aluminio oxidoa) kimika "orekatu" gisa sortu ziren. Nikela, manganesoa eta kobaltoa hainbat proportziotan nahastuz-ohikoak NMC 111, 532, 622 eta 811 dira, non zenbakiek metal-eduki erlatiboa adierazten duten-errendimendua sintonizatu dezakezu. Nikel-eduki handiagoak energia-dentsitatea 200-250 Wh/kg-ra bultzatzen du, baina egonkortasun termikoaren eta ziklo-bizitzaren kostuan. NMC 811 zelulek 250 Wh/kg hel dezakete, baina kudeaketa termiko askoz ere arretatsuagoa behar dute.
Anodoaren aldetik, grafitoa estandarra izan da lehen egunetik. Edukiera teorikoa 372 mAh/g-koa da, eta zelula komertzialek normalean 340-360 mAh/g lortzen dute. Litioa grafeno geruzen artean tartekatzen da kargatzean, grafitoaren bolumena %10 gutxi gorabehera handituz. Esfortzu mekaniko honek txirrindularitzan gaitasuna desagertzen laguntzen du.
Silizio anodoak "hurrengo gauza handia" izan dira orain hamabost urte inguru. Silizioaren ahalmen teorikoa 4.200 mAh/g-hamar aldiz grafitoa baino handiagoa da. Arazoa da silizioa %300 hedatzen dela litioa xurgatzean. Horrek anodoa hautsi egiten du ziklo batzuen ondoren. Gaur egungo planteamenduek silizio-grafito nahasketak erabiltzen dituzte normalean % 10etik beherako silizioarekin, hedapena kudeatu ahal izateko. Hala eta guztiz ere, lehen-zikloko ahalmen galera atzeraezina % 15-25ekoa da silizioa duten anodoetan, eta % 5-10 grafito puruan.
Zelula-eraikuntza eta formatuak
Zelula zilindrikoak dira ziurrenik jende gehienek "bateria" pentsatzen dutenean irudikatzen dutena. 18650 formatua (18 mm-ko diametroa, 65 mm-ko luzera) nonahi bihurtu zen ordenagailu eramangarrien fabrikatzaileek 2000ko hamarkadaren hasieran estandarizatu ondoren. Teslak milaka erabili zituen jatorrizko Roadster-ean. 18650 ohiko edukiera 2.000-3.500 mAh exekutatzen da kimikaren arabera eta energia edo potentzia optimizatzen duzun ala ez.
Teslak eta Panasonic-ek elkarrekin garatu duten 21700 formatu berriagoa (21 mm × 70 mm) 4.000-5.000 mAh-ko zelula bakoitzeko % 50 inguru energia gehiago eskaintzen du orain ohikoa da. Diametro handiagoak material aktiboaren eta osagai inaktiboen arteko erlazioa handitzen du (uneko kolektoreak, lata, segurtasun-gailuak), energia-dentsitatea hobetuz pakete mailan. Fabrikazio-lerroak birmoldatu behar izan ziren, eta horregatik hartu zuen denbora pixka bat.
Zelula prismatikoak automobilgintzaren espazioa hobeto aprobetxatzeko gogotik sortu ziren. Kutxa bat zilindroz bete eta hutsune hori guztia utzi beharrean, modu eraginkorrean pilatzen diren gelaxka angeluzuzenak egiten dituzu. Automozioko-mailako zelula prismatikoek 20 Ah-tik 100 Ah-tik gorako edukiera dute. Errazago-kudeatzen dira termikoki ontzien ikuspegitik, hozte-plakak zuzenean alde lauen kontra jar ditzakezulako. Alde txarra da arrautza guztiak saski gutxiagotan dituzula-zelula prismatiko handi batek huts egiten badu, zelula zilindriko txiki batek huts egiten badu baino gaitasun gehiago galduko duzu.
Poltsa-zelulek espazio-eraginkortasunaren ideia gehiago hartzen dute metalezko lata guztiz ezabatuz. Zelula aluminio-laminatuzko poltsa malgu batean itxita dago. Horrela, agian % 10-15 pisua aurrezten da lata prismatiko baten aldean, eta formatua oso malgua da - aplikazioak behar duen edozein tamaina edo forma egin ditzakezu. EV fabrikatzaileei gustatzen zaie, hozte-plaketan zuzenean pila ditzakezulako. Ahultasuna mekanikoa da: kanpoko konpresioa behar dute txirrindularitzan elektrodoen delaminazioa saihesteko, eta zulaketen kalteak jasan ditzakete.
Bereizle Teknologia
Bereizleak ez du arreta handirik jasotzen, baina, dudarik gabe, segurtasun osagairik kritikoena da. Mintz mehe bat da (16-25 μm normalean) anodoa eta katodoa ukitzen ez dituena, litio ioiak igarotzen uzten dituen bitartean. Lehen bereizleak geruza bakarreko polietilenoa (PE) edo polipropilenoa (PP) ziren.
-Errendimendu handiko bereizgailu modernoek hiru geruzako egiturak erabiltzen dituzte, normalean PP/PE/PP. PE geruzak urtze-puntu baxuagoa du (135 gradu) PP baino (165 gradu). Zelula gainberotzen hasten bada, PE urtu eta poroak betetzen ditu, garraio ionikoa itxiz tenperatura maila arriskutsuetara iritsi baino lehen. Horri itzaltze termikoa deitzen zaio, eta ihes termikoaren aurreko azken defentsa lerroa da.
Zeramikazko-estalturiko bereizgailuek beste segurtasun-marjina bat gehitzen dute. Bereizgailuaren alde batean edo bietan alumina edo beste zeramikazko partikula batzuen (2-4 μm) estaldura mehe batek egituraren osotasuna mantentzen du polimeroa urtzen bada ere. Estaldura nahikoa porotsua da garraio ionikoa jarraitzeko, baina elektrodoak zirkuitu laburrean-eraizten du 150 gradutik gorako tenperaturan ere. Alde txarra da kostu-zeramikazko-estalturiko bereizgailuek bereizle estandarren prezioa 2-3 aldiz handiagoa izatea eta inpedantzia apur bat handiagoa.
Porositatea normalean %40-50ekoa da. Baxuegia eta erresistentzia ionikoa gora egiten du, potentzia-gaitasuna mugatuz. Handiegiak eta erresistentzia mekanikoak jasaten ditu. Poroen tamainaren banaketak ere garrantzia du; Gurley zenbakia (airearen iragazkortasunaren proba) zehaztapen estandarra da. EV-mailako bereizle gehienek 200-400 segundo/100cc-ko abiadura dute helburu.
Elektrolitoen konposizioa eta gehigarriak
Litio ioi zelula bateko elektrolitoa uste baino konplexuagoa da. Oinarrizko formulazioa normalean karbonato organikoen nahasketa batean disolbatutako litio gatz-LiPF₆ (litio hexafluorofosfatoa) zelulen % 95+en-izan da. Disolbatzaile arruntak etileno karbonatoa (EC), dimetil karbonatoa (DMC), dietil karbonatoa (DEC) eta etil metil karbonatoa (EMC) dira.
LiPF₆ kontzentrazioa 1,0 eta 1,2 M ingurukoa izan ohi da (molarra). Kontzentrazio handiagoak eroankortasun ionikoa hobetzen du puntu bateraino, baina 1,3 M-tik gora edo gehiago tenperatura baxuetan gatz prezipitazioa izaten hasten zara. LiPF₆-k arazoak ditu-hezetasunari-sentikorra da eta 60 gradutik gora deskonposatzen hasten da -baina LiBOB edo LiFSI bezalako alternatibek ez dute desplazatu oraindik kostuengatik edo bestelako konpromezuengatik.
Karbonato disolbatzaileen nahasketa aplikaziorako sintonizatu egiten da. EC-k konstante dielektriko altua eta SEI-eratze-propietate onak ditu, baina 36 gradutan izozten da. DMC edo EMC bezalako-biskositate baxuko karbonatoekin nahastu behar duzu tenperatura baxuko-errendimendua mantentzeko. Formulazio tipiko bat EC:DMC 1:1 bolumenez edo EC:EMC 3:7 izan daiteke. Ratio zehatzak jabedunak eta estuki zainduak dira.
Gehigarriak dira benetako kimikaren magia gertatzen den tokian. Elektrolito modernoek pisuaren % 2-5 gehigarri dituzte, SEIren eraketa aldatzen dutenak, gainkargak saihesten dituztenak, gasa sortzea kentzen dutenak edo tenperatura-altuko egonkortasuna hobetzen dutenak. Vinileno karbonatoa (VC) % 1-2an ia unibertsala da SEI kalitatea hobetzeko grafito anodoetan. Fluoroetileno karbonatoak (FEC) hobeto funtzionatzen du silizioa duten anodoetarako. Konposatu hauek lehenbailehen murrizten dira hasierako karga-zikloetan, anodoaren babes-geruza bat eratuz, ionikoki eroale baina elektronikoki isolatzailea dena.
Bifeniloa edo ziklohexilbentzenoa bezalako gainkarga babesteko gehigarriak 4,5 V inguruan polimerizatzen hasten dira, tentsioa gehiago igotzea eragozten duen barneko shunt bat sortuz. Horrek babes pixka bat ematen dizu BMSak huts egiten badu, nahiz eta horretan fidatzea, jakina, ez den diseinu-praktika onena.
Elektrolito solidoen interfazearen eraketa
SEI da ziurrenik litio ioietako bateriaren funtzionamenduaren alderdirik gutxien ulertzen baina garrantzitsuena. Lehenengo karga-zikloetan, elektrolito-osagaiek anodoaren gainazalarekin erreakzionatzen dute, pasibazio-geruza bat osatuz. Geruza hau kritikoa da: ionikoki eroalea izan behar du (litio ioiak igarotzeko) baina elektronikoki isolatzailea (elektrolitoen deskonposizio gehiago ekiditeko). SEIren konposizioa 10-100 nm-ko lodierako geruza batean nahasten diren hamaika litio gatz, konposatu organiko eta polimero nahaspila-da.
SEI eraketa ona 500 aldiz zikloa egiten duen eta 3.000 aldiz zikloa duen zelula baten arteko aldea da. Arazoa da SEI ez dela estatikoa. Anodoan bolumen-aldaketetan pitzatzen da, eta kalteak konpontzeko elektrolito eta litio gehiago kontsumitzen dituen azalera freskoa agerian uzten du. Horregatik, gaitasuna desagertzen da txirrindularitzan, nahiz eta zelularekin leuna izan.
Eraketa-zikloa fabrikazio-urrats kritikoa da. Zelulek karga--deskarga-ziklo motel bat edo gehiago jasaten dituzte tenperatura kontrolatuan, hasierako SEI ezartzeko. Eraketa-protokoloak jabedunak dira, baina lehen-zikloko karga-tasa arruntak C/20 eta C/10 bitartekoak dira, eta prozesuak 24-48 ordu iraun ditzake. Fabrikatzaileek eraketa-tentsio-mugak, tenperatura, atseden-aldiak eta txirrindularitza-ereduak optimizatzen dituzte ahalik eta SEI egonkorrena sortzeko. Hau gaizki lortzeak ziklo-bizitza kostatzen dizu.
Egutegiaren zahartzea-ahalmen galera zelula bertan eserita dagoenean ere-SEI fenomenoa da neurri handi batean. SEI zirkuitu irekian poliki-poliki hazten jarraitzen du, litio ziklagarria kontsumituz. Karga-egoera altuan eta tenperatura altuan biltegiratzeak hori bizkortzen du. % 100 SOC eta 60 gradutan gordetako zelula batek % 20ko ahalmena gal dezake urtebetean, eta % 50eko SOC eta 25 graduko zelula berak % 3 gal dezake.
Kargatzeko protokoloak eta bateriaren kudeaketa
Litio-ioizko zelulak gehiegizko karga,{0}}deskarga eta tenperatura desegokietan kargatzen dira. Horregatik, -zelula anitzeko bateria bakoitzak BMS bat behar du (bateria kudeatzeko sistema).
Kargatzeko metodo estandarra korronte konstantea/tentsio konstantea (CC-CV) da. CC fasean, korrontea zelula barrura bultzatzen duzu zelula gehienetan-normalean 0,5C eta 1C arteko abiadura finko batean, nahiz eta-potentzia handiko zelula batzuek 3C edo gehiago kudeatu ditzaketen. Tentsioa igotzen da zelula kargatu ahala. Tentsioa goiko mugara iristen denean (4,2 V kimika gehienetarako, 3,65 V LFPrako, 4,3 V edo 4,35 V -energia handiko NMC aldaera batzuetarako), CV modura aldatzen zara. Korrontea moztu egiten da zelula karga osora hurbiltzen denean, normalean korrontea C/20 edo C/50 azpitik jaisten denean moztu egiten da.
Kargatze azkarra zailagoa da. Karga-tasa handiagoak anodoan litio-xaflatzea bizkortzen du, arriskutsua dena-litio metalikoa oso erreaktiboa da eta barneko laburrak edo bereizlean sartzen diren dendrita eratzea ekar dezake. Bizkor-segurtasunez kargatzeko, tentsioak, korronteak eta tenperaturak litio-plakaduraren hasierako baldintzekin nola elkarreragiten duten ulertu behar duzu.
Arazoa da ezin duzula neurtu litio-xaflaketa zuzenean zelula itxi batean. Beste seinaleetatik ondorioztatu behar duzu. Planteamendu bat anodoaren potentziala jarraitzea da litio metalezko erreferentziaren aldera. Anodoaren potentziala 0V-tik behera jaisten bada Li/Li⁺ aldera, plakaketa gertatzen ari da. Arazoa da zelula komertzialen gehienek ez dutela erreferentzia elektrodorik.
Kargatze azkarrean tenperatura igotzeak ere garrantzia du. 2C-tan kargatzen den zelula batek bere barne-tenperatura 15-20 gradu inguru igotzea ikus dezake, hozte aktiboa izanda ere. Tenperatura hotzetan, benetan lagungarria da-zelula hotz batek (esan -10 gradu ) energia-gaitasun oso eskasa du, baina abiadura moderatuan kargatuz (0,5ºC) berotzen baduzu, errendimendua hobetzen da. Zenbait ibilgailu elektrikoek nahita egiten dute hori: eguraldi hotzean, korronte handiko karga-pultsu laburra egingo dute bateria berotzeko gidariak azeleraziorako potentzia handia eskatu aurretik.
Zelula orekatzea beharrezkoa da, serieko zelulak ez direlako inoiz ezin hobeto bat egiten. Fabrikazio-tolerantziak, auto-deskarga-tasen desberdintasun txikiek eta paketean zehar gradiente termikoek tentsio-noraeza eragiten dute. Serie-kate bat orekatu gabe kargatzen baduzu, zelula batzuek goiko tentsio-muga gainditzen dute beste batzuek baino lehen. Zelula sendoak gutxiegi kargatzen dira, zelula ahulak gehiegi kargatzen dira eta errendimendua jasaten du.
Orekatze pasiboak erresistentziak erabiltzen ditu tentsio altuagoko-zelulen energia kanporatzeko. Erraza eta merkea da, baina energia bero gisa xahutzen du. Balantze aktiboak DC-DC bihurgailuak edo kondentsadoreak erabiltzen ditu zelula altuenetatik zelula baxuetara energia transferitzeko. Eraginkorragoa, konplexuagoa, garestiagoa. 400V EV pakete baterako, oreka pasiboak 50-100W etengabe xahutu ditzake, hau da, gidatze-potentziarekin alderatuta, gutxiesten dena, baina denborarekin gehitzen da.
Kudeaketa Termikoari buruzko gogoetak
Litio-ioizko zelula batean beroa sortzea hiru iturritatik dator: bero itzulezina (barne-erresistentziaren bidezko berokuntza Joule), bero itzulgarria (erreakzio elektrokimikoaren entropia-aldaketa) eta albo-erreakzioetako beroa. C-tasa baxu edo moderatuan, bero itzulgarria da nagusi. C-tasa handietan, itzulezinak diren beroak hartzen du bere gain.
Bero itzulgarriaren terminoa interesgarria da SOCaren arabera zeinua aldatzen duelako. Litio ioiaren kimika gehienetarako, kargatzeak beroa sortzen du SOC baxuan baina beroa xurgatzen du SOC altuan. Deskargak kontrakoa egiten du. Gurutze-puntua SOC% 50-60 ingurukoa da normalean. Horregatik, baliteke zelulen tenperatura jaisten dela kargatzeko azken fasean korrontea nahikoa baxua bada.
Barne erresistentzia tenperatura, SOC eta zahartzearen arabera aldatzen da. 25 gradutan, 18650 zelula berri batek 40-60 miliohm-ko DC erresistentzia izan dezake. -20 gradutan, 200-300 miliohm-ra jauzi daiteke. Horregatik, eguraldi hotzeko EV gama hain nabarmen jaisten da. Tenperatura baxuetan kimika motelagoa ez ezik, barne-erresistentzia handitzeak bateriaren energia gehiago xahutzen du zelula barruan bero gisa.
Ihesaldiko atalase termikoa kimikaren araberakoa da. NMC zelulentzat, deskonposizio exotermiko erreakzioak 180-220 gradu inguruan hasten dira. Behin hasita, tenperatura segundoko 10-50 gradu igo daiteke, 800 gradu edo goragora iritsiz. LFP askoz seguruagoa da; ihes termikoen agerpena 270 gradu + da eta lortutako tenperatura maximoa baxuagoa da.
Pakete bateko zelulen artean hedatzea da benetako arriskua. Zelula bat ihes termikora joaten bada, bere bizilagunak berotzen ditu. Alboko zelulak ere ihes egitea hozteko gaitasunaren, zelulen tartearen eta isolamenduaren araberakoa da. UL 9540A hedapen-probak hau simulatzen du zelula bat ihes termikora behartuz eta ondoko zelulek jarraitzen duten ala ez kontrolatuz. Pakete-diseinu onak zelula baten edo gehienez modulu txiki baten hutsegitea du.
Hozteko estrategiak aldatu egiten dira. Airea hoztea errazena da-airea zelulen edo paketeen gainean botatzea. Ondo funtzionatzen du potentzia-dentsitate baxuko aplikazioetarako, hala nola PHEV edo energia biltegiratzeko sistemetan. Hozte likidoa beharrezkoa da-errendimendu handiko ibilgailu elektrikoetarako. Diseinu gehienek 50:50 ur-glikol nahasketa erabiltzen dute 10-25 litro minutuko plaka hotz edo hozte kanaletatik. Sarrerako tenperatura 20-35 gradura arte kontrolatzen da normalean. Bateriaren tenperatura-gradienteak gehienez 5 gradutik min azpitik egon behar dira zelula beroenen zahartze bizkortua saihesteko.
Diseinu esperimental batzuek hozte hozte, fluido dielektrikoan murgiltze hozte edo fase-aldaketako materialak erabiltzen dituzte. Hozgarriak hozteak bero gehiago atera dezake, baina AC sistema konplexuagoa behar du. Murgiltze hozteak bero-transferentzia koefiziente bikainak ditu (500-2.000 W/m²K versus 50-150 W/m²K zeharkako hozte likidorako), baina zigilatzea eta fluidoen bateragarritasuna erronkak dira. PCM-ek modu pasiboan funtzionatzen dute, baina azkenean gordetako beroa baztertu behar dute, beraz, batez ere, hozte iragankorra laguntzen dute karga azkarrean edo azelerazio gogorran.
Errendimenduaren degradazioa eta hutsegite moduak
Gaitasunaren desagerpena eta inpedantzia-hazkundea dira degradazio-mekanismo nagusiak bi. Aldi berean gertatzen diren hainbat prozesu fisiko eta kimikoren ondorioz sortzen dira.
Anodoaren aldean, SEI hazkundeak litio eta elektrolito ziklagarriak kontsumitzen ditu, erresistentzia handituz. Grafitoaren esfoliazioa gerta daiteke zelula tenperatura baxuetan kargatzen bada-litio-plakak grafitoaren gainazalean tartekatu beharrean, eta azkenean tartekatzen denean, grafitoaren egitura hausten du. Hau askotan itzulezina da. Tenperatura altuetan aglutinatzaileak deskonposizioak partikulen arteko kontaktu elektrikoa galtzen du.
Katodoen degradazioak trantsizio-metalen disoluzioa (batez ere manganesoa LMOn edo NMC-duten manganesoa), litioaren txertatze/erauzketa errepikatuen estruktural-aldaketak eta-nikel altuko katodoetan gainazaleko berreraikuntza dira. Disolbatutako trantsizio-metalak anodora migratzen dira eta bertan SEI hazkundea katalizatzen dute, beraz, katodoaren degradazioak zeharka bizkortzen du anodoaren degradazioa.
Elektrolitoen deskonposizioa eta gasa sortzea arazo handiagoak dira tentsio eta tenperatura altuetan. Gas arruntak CO₂, CO eta karbonatoen deskonposiziotik datozen hidrokarburo desberdinak dira. Poltsaren zeluletan, zorroa nabarmen puzten ikusiko duzu. Kasu gogorrak dituzten zelula zilindriko edo prismatikoetan, presioa sortzen da segurtasun-hutsa ireki arte (normalean 10-15 bar).
Litioaren inbentarioa galtzea desagertzeko mekanismo garrantzitsu bat da. SEI hazten den bakoitzean edo anodoan litio-plakak atzeraezinean jartzen diren bakoitzean, litio pixka bat ateratzen da litio ziklagarriaren putzutik. Azkenean agortu egiten zara eta edukiera jaitsi egiten da.
Bat-bateko hutsegiteak barneko galtza motzetatik gerta daitezke. Galtza labur gehienak txiki hasten dira-metal partikula txiki batek zulatzen du bereizlea, edo litio-dendrita bat hazten da. Laburtzeak puntu bero bat sortzen du, eta horrek degradazioa bizkortzen du lokalean, eta horrek laburra okerrago egiten du, eta feedback positiboa lortzen duzu. Batzuetan, zelula autoa-sendatzen da laburra urtzen bada irekita. Beste batzuetan ihes termikora pasatzen da.
Iltzeen sartze-probak (altzairuzko iltze bat kargatutako zelula batean zehar behartzea) gehiegikeria-proba estandarrak dira. LFP zelulak normalean ez dira ihes termikoetan sartzen iltzeak sartzetik. NMC zelulek askotan egiten dute, nahiz eta bereizle hobeak eta energia espezifiko txikiagoa duten diseinuak batzuetan pasa daitezkeen.
5. irudiak hainbat kimikaren edukiera atxikipena eta ziklo-zenbakia adierazten du ziklo-baldintza moderatuan (1C karga/deskarga, 25 gradu, % 100 DOD).
Karga-egoera eta Osasun-egoeraren estimazioa
Ezin duzu zuzenean neurtu litio ioi zelula batean zenbat energia dagoen. Beste neurketetatik estimatu behar duzu: tentsioa, korrontea eta tenperatura.
SOC kalkulatzeko metodorik errazena tentsioa-oinarritua da. Kimika bakoitzak zirkuitu irekiko-tentsioa eta SOC kurba bereizgarria du. Neurtu tentsioa zelula denbora batez atseden hartu ondoren (barne erresistentziaren gainbeheraren ondorioz tentsio iragankorra jaisten dadin), begiratu OCV kurban eta SOC ezagutzen duzu. Arazoa da, oso gutxitan duzu denbora zelula aplikazio errealetan atseden hartzeko.
Coulomben zenbaketa metodo estandarra da. Korrontea integratzen duzu denboran zehar karga sartu eta irteteko. SOC ezagun batean hasten bazara, edozein unetan kalkula dezakezu SOC berria. Zehaztasuna zure uneko sentsorearen araberakoa da (±% 0,5 da ohikoa) eta benetako ahalmena jakitea. Akatsak denboran zehar pilatzen dira, beraz, aldian-aldian berriro kalibratu behar duzu karga edo deskarga ziklo osoa eginez.
Eredu-oinarritutako metodoek zirkuitu eredu baliokidea edo zelularen eredu elektrokimikoa erabiltzen dute. Terminaleko tentsioa eta korrontea neurtzen dituzu, zure ereduan exekutatu eta barne-egoerak ateratzen dituzu SOC barne. Kalman iragazki hedatuak edo antzeko egoera-behatzaileak ohikoak dira. Planteamendu hauek oso zehatzak izan daitezke (±% 2 SOC errorea), baina eredu onak eta baliabide konputazional garrantzitsuak behar dituzte.
SOH kalkulatzea zailagoa da degradazioa kuantifikatzen saiatzen ari zarelako, hau da, motela eta pixkanaka. Ahalmen desagertzeak eta inpedantzia-hazkundeak ez dute zertan erlazionatu behar bata bestearekin linealki edo ziklo-zenbaketarekin. Asko -kargatu den zelula batek inpedantzia handia izan dezake, baina ahalmen moderatua desagertzea. SOC/tenperatura altuan gordetako zelula batek ahalmen handia desagertzea baina inpedantzia nahiko baxua izan dezake.
Industriaren praktika SOH gaitasunaren arabera definitzea da: jatorrizko ahalmenaren % 80ko zelula bat SOH % 80ean dago, eta EV aplikazioen bizitzaren amaiera--tzat hartzen da. Gelaxkak funtzionatzen du oraindik, baina barrutia %20 jaitsi da. Energia biltegiratzeko aplikazioetarako, zelulak SOH% 60-70era arte erabil daitezke.
BMS batzuek aldian-aldian edukiera egiaztapenak egiten dituzte-bateria guztiz deskargatzen dute abiadura baxuan eta zenbat energia ateratzen den neurtzen dute. Hau zehatza baina intrusiboa da (bateria ez dago proban zehar) eta orduak behar ditu. Beste ikuspegi batzuk tentsio-kurbetatik, inpedantzia-neurketetatik edo efizientzia kulombikotik zeharka ahalmena kalkulatzen saiatzen dira.
Barne-erresistentzia korronte-pultsu bat aplikatuz eta tentsio-erantzuna neurtuz neur daiteke, edo hainbat maiztasunetan AC seinale txiki bat injektatuz (inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia). EISek askoz informazio gehiago ematen du, baina BMS komertzialetan oso gutxitan dagoen hardware espezializatua behar du.
Bigarren -Bizitzako aplikazioak eta birziklapena
EV bateria baten iraupenaren--amaierara iristen denean (normalean jatorrizko edukieraren % 70-80), ezin hobeto funtzionatzen du eskakizun gutxiagoko aplikazioetarako. Bigarren bizitzako bateriaren erabilera indarra hartzen ari da energia geldirik gordetzeko.
Ekonomia zaila da. Erretiratutako paketea probatu behar duzu, potentzialki birfabrikatu (BMSa, hozte-sistema edo hondatutako moduluak ordezkatu), aplikazio berrirako ziurtatu eta berme bat eman. Horrek guztiak dirua kostatzen du. Bigarren-bizitza zentzua izan dezan, berritutako paketeak aplikazio finkorako diseinatutako pakete berri batek baino askoz gutxiago kostatu behar du. Kostuak hausten dira, nahiz eta birgaitzeak pakete berriaren kostuaren % 40-50 baino gutxiago exekutatu, zeinen analisiaren arabera uste duzun.
Erretiratutako zelulak probatzea ez da-hutsa. Modulu batek ehunka gelaxka izan ditzake serie-paraleloan. Ezin dituzu erraz probatu banaka. Modulua unitate gisa probatu dezakezu, baina zelula txar batek bere burua maskara dezake. Degradazio-modu batzuk zailak dira detektatzen proba suntsitzailerik gabe. Erantzukizunaren galdera ere badago: bigarren-bizitzarako bateria batek su hartzen badu, nor da erantzule?
Birziklapena bizitzaren amaierako--bidea da. Gaur egungo-eskala handiko birziklatzeak pirometalurgia (galdaketa) edo hidrometalurgia (lixibiazio kimikoa) erabiltzen ditu. Pirometalurgia sinpleagoa da, baina ez hain selektiboa-metal aleazio mistoak lortzen dituzu, gehiago findu behar dutenak. Hidrometalurgiak metal indibidualak garbitasun handiagoan berreskura ditzake, baina urrats gehiago behar ditu eta hondakin kimikoak sortzen ditu.
Birziklapenaren ekonomia metalen prezioen araberakoa da. Kobaltoa baliotsua da (historikoki 30-40 $/kg gutxi gorabehera, nahiz eta prezioak izugarri aldatzen diren), beraz, kobalto-kimika aberatsak birziklatzea bideragarria da ekonomikoki. Nikela eskalan birziklatzea merezi du. Manganesoa, burdina eta aluminioa balio-baxuko metalak dira, beraz, birziklatzea zentzuzkoa da, batez ere, zabortegietatik kanpo mantentzeko. Litioa interesgarria da: ez da bereziki baliotsua kilogramo bakoitzeko, baina hornikuntza-mugak berreskuratzea erakargarria egiten du.
Zuzeneko birziklapena-bateria desmuntatzea eta katodoa edo anodoa materiala zuzenean berrerabiltzea gatz metalikoetan hautsi gabe-ikerketa-eremua da. Katodo-hautsa erabilgarri moduan berreskuratuko bazenu, katodoen sintesiaren energia eta kostua aurreztuko zenuke. Erronkak dira material aktiboa egungo kolektore eta aglutinatzaileetatik bereiztea eta birziklatutako materiala fabrikatzaile, adin eta kimika ezberdinetako zelulen nahasketa dela aurre egitea.
