Литиум јонските батерии навистина не „генерираат“ енергија на начинот на кој повеќето луѓе мислат за тоа. Она што го прават е да складираат електрична енергија преку реверзибилни електрохемиски реакции, а потоа да ја ослободуваат кога надворешното коло бара струја. Конфузијата за ова се појавува многу на состаноците за дизајн, особено кога некој се обидува да ја одреди големината на батерискиот пакет за прв пат.
Две работи се случуваат за време на испуштањето. Прво, јоните на литиум мигрираат од негативната електрода (анода) преку електролитот и сепараторот до позитивната електрода (катода). Второ, електроните течат низ надворешното коло од анода до катода, правејќи корисна работа. За време на полнењето, го менувате процесот со примена на надворешен напон кој ги принудува јоните и електроните да се движат во спротивна насока.
Напонот што го произведува ќелијата целосно зависи од материјалите на електродата што ги избирате и нивните соодветни електрохемиски потенцијали. Свежата ќелија што седи на полицата без оптоварување ќе го покаже својот напон на отворено-коло-обично околу 3,6 до 3,7 V за повеќето хемикалии на литиум јони, иако овој број се движи наоколу во зависност од состојбата на полнење и температурата. Штом ќе поврзете товар и ќе почнете да влечете струја, напонот паѓа поради внатрешниот отпор. Колку паѓа кажува многу за здравјето на клетката.
Основи на клеточна хемија
Сите литиум-јонски ќелии го делат истиот основен принцип на работа, но хемијата многу се разликува. Катодниот материјал во голема мера ги одредува карактеристиките на изведбата на ќелијата-густината на енергијата, способноста за моќност, животниот век на циклусот, термичката стабилност и трошоците.
Слоевните оксидни катоди беа првата комерцијална хемија. Sony ги претстави во 1991 година со LiCoO2 (литиум кобалт оксид), кој сè уште се користи во електрониката за широка потрошувачка каде што густината на енергијата е повеќе важна од трошоците или безбедносните маржи. Овие клетки пакуваат приближно 150-200 Wh/kg на ниво на ќелија. Сепак, кобалтот е скап, а хемијата станува нестабилна над 150 степени. Видовме дека термалното бегство започнува на температури до 130 степени во злоупотребените ќелии.
Напорот за подобра безбедност и пониска цена доведе до LiMn2O4 (литиум манган оксид) во средината на -1990-тите. Манганот е евтин за нечистотија и структурата на спинелот е инхерентно постабилна. Овие ќелии нема да побегнат додека не поминете вообичаено 250 степени. Размената? Густината на енергијата паѓа на 100-120 Wh/kg, а манганот се раствора во електролитот со текот на времето, особено при покачени температури. Циклусниот живот страда - гледате на можеби 300-700 циклуси пред капацитетот да падне под 80%.
LiFePO4 (литиум железо фосфат) се појави околу 2001 година и го промени безбедносниот разговор. Структурата на оливин е карпеста-термички цврста; термалното бегство не се случува до над 270 степени, па дури и тогаш е помалку насилно. Циклусниот век е извонреден-2,000+ циклуси до капацитет од 80% е стандарден, а некои ќелии се тестирани по 5.000 циклуси. Негативна страна е напонот: само 3,2V номинален, а густината на енергијата е ограничена на 90-120 Wh/kg. Исто така, ситуацијата со патентите со фосфати беше неуредна со години.
NMC (литиум никел манган кобалт оксид) и NCA (литиум никел кобалт алуминиум оксид) се појавија како „балансирани“ хемикалии. Со мешање на никел, манган и кобалт во различни соодноси-вообичаени се NMC 111, 532, 622 и 811 каде што бројките означуваат релативна метална содржина-можете да ја прилагодите изведбата. Поголемата содржина на никел ја турка енергетската густина до 200-250 Wh/kg, но по цена на термичка стабилност и циклус на траење. Ќелиите NMC 811 можат да достигнат 250 Wh/kg, но им треба многу повнимателно термичко управување.
На страната на анодата, графитот е стандард од првиот ден. Теоретскиот капацитет е 372 mAh/g, а комерцијалните ќелии обично постигнуваат 340-360 mAh/g. Литиумот се меша помеѓу слоевите на графен за време на полнењето, проширувајќи го волуменот на графитот за приближно 10%. Овој механички стрес придонесува за слабеење на капацитетот при возење велосипед.
Силиконските аноди се „следната голема работа“ веќе околу петнаесет години. Теоретскиот капацитет на силиконот е 4.200 mAh/g- повеќе од десет пати повеќе од графитот. Проблемот е што силиконот се шири за 300% кога апсорбира литиум. Ова ја раскинува анодата по неколку циклуси. Тековните пристапи користат силициум-мешавини на графит со содржина на силикон обично под 10% за да се одржи проширувањето податливо. И покрај тоа, првиот-циклус неповратен губиток на капацитет е 15-25% во аноди што содржат силикон наспроти 5-10% за чист графит.
Конструкција и формати на ќелии
Цилиндричните ќелии се веројатно она што повеќето луѓе го замислуваат кога мислат „батерија“. Форматот 18650 (18 mm дијаметар, 65 mm должина) стана сеприсутен откако производителите на лаптопи го стандардизираа во раните 2000-ти. Тесла славно користеше илјадници од нив во оригиналниот Roadster. Типичниот капацитет на 18650 работи од 2.000-3.500 mAh во зависност од хемијата и дали оптимизирате за енергија или моќност.
Поновиот формат 21700 (21mm × 70mm) што Tesla и Panasonic заеднички го развија нуди околу 50% повеќе енергија по ќелија-4.000-5.000 mAh сега е вообичаен. Поголемиот дијаметар го зголемува односот на активниот материјал со неактивните компоненти (струјни колектори, конзерва, безбедносни уреди), подобрувајќи ја густината на енергијата на ниво на пакет. Производните линии мораше да се преуредат, што е дел од причината зошто усвојувањето траеше некое време.
Призматичните ќелии произлегоа од желбата на автомобилската индустрија за подобро искористување на просторот. Наместо да наполните кутија со цилиндри и да го оставите целиот тој празен простор, вие правите правоаголни ќелии кои ефикасно се натрупуваат. Автомобилски-призматични ќелии се движат од 20Ah до над 100Ah капацитет. Тие се полесни за термички-управување од гледна точка на пакување бидејќи можете да ставите ладилни плочи директно на рамните страни. Лошата страна е што ги имате сите ваши јајца во помалку корпи-ако пропадне една голема призматична ќелија, губите повеќе капацитет отколку ако пропадне една мала цилиндрична ќелија.
Ќелиите од торбичката ја зголемуваат идејата за ефикасност на просторот со целосно елиминирање на металната конзерва. Ќелијата е затворена во флексибилна алуминиумска-ламинатна торбичка. Ова заштедува можеби 10-15% тежина наспроти призматична лименка, а форматот е исклучително флексибилен - можете да ги направите во која било големина или облик што бара апликацијата. На производителите на електрични возила им се допаѓаат затоа што можете директно да ги ставите во ладилни плочи. Слабоста е механичка: потребна им е надворешна компресија за да се спречи раслојување на електродата за време на возењето велосипед и тие се поподложни на оштетување од дупчење.
Технологија на сепаратор
Сепараторот не привлекува многу внимание, но веројатно е најкритичната безбедносна компонента. Тоа е тенка (обично 16-25 μm) порозна мембрана која ги спречува анодата и катодата да се допираат додека дозволуваат јони на литиум да минуваат низ нив. Раните сепаратори беа еднослоен полиетилен (PE) или полипропилен (PP).
Современите сепаратори со високи-перформанси користат трислојни структури, обично PP/PE/PP. PE слојот има пониска точка на топење (135 степени) од PP (165 степени). Ако ќелијата почне да се прегрее, PE се топи и ги пополнува порите, исклучувајќи го јонскиот транспорт пред температурата да достигне опасни нивоа. Ова се нарекува термичко исклучување, и тоа е вашата последна линија на одбрана пред термалното бегство.
Сепараторите со керамички-обложувања додаваат уште една безбедносна маргина. Тенка (2{4}}}4 μm) облога од алуминиум или други керамички честички на едната или двете страни на сепараторот го одржува структурниот интегритет дури и ако полимерот се стопи. Облогата е доволно порозна за да продолжи јонскиот транспорт, но го спречува краткото-спојување на електродата дури и на температури над 150 степени. Негативната страна е трошковниот-керамички-сепаратори обложени со 2-3 пати по цена од стандардните сепаратори - и малку повисока импеданса.
Порозноста обично изнесува 40-50%. Премногу низок и јонски отпор се зголемува, ограничувајќи ја моќноста. Премногу висока и механичка сила страда. Дистрибуцијата на големината на порите исто така е важна; Gurley бројот (тест за пропустливост на воздухот) е стандардна спецификација. Повеќето сепаратори од EV-класа се насочени кон 200-400 секунди/100cc.
Состав и адитиви на електролит
Електролитот во литиум-јонската ќелија е покомплексен отколку што мислите. Основната формулација е типично литиумова сол-LiPF6 (литиум хексафлуорофосфат) во 95%+ клетки-растворени во мешавина од органски карбонати. Вообичаените растворувачи вклучуваат етилен карбонат (EC), диметил карбонат (DMC), диетил карбонат (DEC) и етил метил карбонат (EMC).
Концентрацијата на LiPF6 е обично околу 1,0 до 1,2 М (молар). Поголемата концентрација ја подобрува јонската спроводливост до одреден момент, но над 1,3 M или повеќе, почнувате да добивате врнежи од сол на ниски температури. LiPF₆ има проблеми-тоа е чувствителен на влага- и почнува да се распаѓа над 60 степени -но алтернативите како LiBOB или LiFSI сè уште не го смениле поради трошоците или други компромиси.
Мешавината на карбонатните растворувачи се прилагодува за апликацијата. EC има висока диелектрична константа и добри својства за формирање на SEI-, но се замрзнува на 36 степени. Треба да го измешате со карбонати со понизок-вискозитет како што се DMC или EMC за да се одржат перформансите на ниска-температура. Типична формулација може да биде EC:DMC 1:1 по волумен или EC:EMC 3:7. Точните соодноси се сопственички и строго чувани.
Адитивите се местото каде што се случува вистинската хемиска магија. Современите електролити содржат 2-5% од тежината на различни адитиви кои го модифицираат формирањето на SEI, спречуваат преполнување, го потиснуваат производството на гас или ја подобруваат стабилноста на висока-температура. Винилен карбонат (VC) на 1-2% е речиси универзален за подобрување на квалитетот на SEI на графитни аноди. Флуороетилен карбонат (FEC) работи подобро за аноди кои содржат силикон. Овие соединенија преференцијално се намалуваат за време на почетните циклуси на полнење, формирајќи заштитен слој на анодата што е јонски спроводлив, но електронски изолационен.
Заштитните адитиви од преполнување, како бифенил или циклохексилбензен, почнуваат да се полимеризираат околу 4,5 V, создавајќи внатрешен шант што го спречува напонот да се искачува понатаму. Ова ви дава одредена заштита ако BMS не успее, иако потпирањето на него очигледно не е најдобра практика за дизајн.
Формирање на интерфејс на цврст електролит
SEI е веројатно најмалку разбраниот, но најважниот аспект на работата на литиум јонските батерии. За време на првите неколку циклуси на полнење, компонентите на електролитот реагираат со површината на анодата, формирајќи слој за пасивација. Овој слој е критичен: тој мора да биде јонски спроводлив (за да се пропуштаат јоните на литиум) но електронски изолационен (за да се спречи понатамошно распаѓање на електролитот). Составот на SEI е збркана-десетина литиумови соли, органски соединенија и полимери измешани заедно во слој со дебелина од 10-100 nm.
Доброто формирање на SEI е разликата помеѓу клетка што кружи 500 пати и онаа што циклуси 3.000 пати. Проблемот е што SEI не е статичен. Пукна при промена на волуменот во анодата, изложувајќи ја свежата површина која троши повеќе електролит и литиум за да ја поправи штетата. Ова е причината зошто капацитетот исчезнува со возење велосипед дури и кога сте нежни со ќелијата.
Формирањето велосипед е критичен чекор во производството. Ќелиите подлежат на еден или повеќе бавни циклуси на празнење{1}}на контролирани температури за да се воспостави почетната SEI. Протоколите за формирање се сопственички, но типичните стапки на полнење на првиот-циклус се C/20 до C/10, а процесот може да трае 24-48 часа. Производителите ги оптимизираат границите на формирањето напон, температурата, периодите на одмор и шемите на возење велосипед за да создадат најстабилна можна SEI. Добивањето на ова погрешно ве чини циклусен живот.
Стареењето на календарот-загубата на капацитетот дури и кога ќелијата само седи таму-во голема мера е и феномен на SEI. SEI продолжува да расте бавно на отворено коло, троши циклички литиум. Складирањето при висока состојба на полнење и висока температура го забрзува ова. Ќелија складирана на 100% SOC и 60 степени може да изгуби 20% капацитет за една година, додека истата ќелија на 50% SOC и 25 степени може да изгуби 3%.
Протоколи за полнење и управување со батерии
Литиум-јонските ќелии се чувствителни на преполнување, преку-празнење и полнење на несоодветни температури. Ова е причината зошто на секој повеќе-пакет батерии му треба BMS (систем за управување со батерии).
Стандардниот начин на полнење е константна струја/константен напон (CC-CV). За време на CC фазата, ја туркате струјата во ќелијата со фиксна брзина-обично 0,5C до 1C за повеќето ќелии, иако некои ќелии со висока-моќ можат да поднесат 3C или повеќе. Напонот се зголемува како што ќелијата се полни. Кога напонот ќе ја достигне горната граница (4,2V за повеќето хемикалии, 3,65V за LFP, 4,3V или 4,35V за некои високо{13}}енергетски NMC варијанти), се префрлате на CV режим. Струјата се намалува како што ќелијата се приближува до целосно полнење, обично се прекинува кога струјата паѓа под C/20 или C/50.
Брзото полнење е покомплицирано. Повисоките стапки на полнење го забрзуваат литиумското обложување на анодата, што е опасно-металичниот литиум е многу реактивен и може да доведе до внатрешни шорцеви или формирање на дендрит што продира во сепараторот. За брзо-полнење безбедно, треба да разберете како напонот, струјата и температурата се во интеракција со почетните услови на литиумско обложување.
Прашањето е што не можете да ја измерите литиумската облога директно во запечатена ќелија. Мора да го заклучите од други сигнали. Еден пристап е да се следи потенцијалот на анодата наспроти референцата на литиум метал. Ако потенцијалот на анодата оди под 0V наспроти Li/Li⁺, се случува позлата. Проблемот е што повеќето комерцијални ќелии немаат референтни електроди.
Зголемувањето на температурата при брзото полнење исто така е важно. Ќелијата што се полни на 2C може да забележи зголемување на нејзината внатрешна температура за 15-20 степени над околината дури и со активно ладење. При ниски температури, ова е всушност корисно-ладна ќелија (да речеме -10 степени ) има многу слаба моќност, но ако можете да ја загреете со полнење со умерени стапки (0,5C), перформансите се подобруваат. Некои ЕВ всушност го прават тоа намерно: на ладно време, тие ќе испуштаат краток пулс на полнење со висока струја за да ја загреат батеријата пред возачот да побара голема моќност за забрзување.
Балансирањето на клетките е неопходно бидејќи клетките во серија никогаш не остануваат совршено усогласени. Производните толеранции, малите разлики во само-стапките на празнење и топлинските градиенти низ пакетот предизвикуваат поместување на напонот. Ако наполните низа низа без балансирање, некои ќелии ја достигнуваат горната граница на напон пред другите. Силните ќелии се недоволно наполнети, слабите ќелии се преполнети, а перформансите страдаат.
Пасивното балансирање користи отпорници за да ја испушти енергијата од ќелиите со повисок-напон. Тоа е едноставно и евтино, но ја троши енергијата како топлина. Активното балансирање користи DC{3}}DC конвертори или кондензатори за пренос на енергија од високи ќелии на ниски ќелии. Поефикасно, покомплексно, поскапо. За 400V EV пакет, пасивното балансирање може постојано да троши 50-100 W, што е занемарливо во споредба со погонската моќност, но се зголемува со текот на времето.
Размислувања за термичко управување
Генерирањето топлина во литиум-јонската ќелија доаѓа од три извори: неповратна топлина (загревање на џул од внатрешен отпор), реверзибилна топлина (промена на ентропијата на електрохемиската реакција) и топлина од странични реакции. При ниски до умерени стапки C-, доминира реверзибилна топлина. При високи стапки C-, неповратната топлина зазема.
Реверзибилниот топлински термин е интересен бидејќи го менува знакот во зависност од СПЦ. За повеќето хемикалии на литиум јони, полнењето генерира топлина при ниска SOC, но апсорбира топлина при висока SOC. Испуштањето го прави спротивното. Точката на вкрстување е обично околу 50-60% SOC. Ова е причината зошто може да видите дека температурата на ќелијата всушност се намалува за време на последната фаза на полнење ако струјата е доволно ниска.
Внатрешниот отпор варира со температурата, SOC и стареењето. На 25 степени, свежа ќелија 18650 може да има 40{8}}60 милиоми DC отпор. На -20 степени, тоа може да скокне на 200-300 милиоми. Ова е причината зошто опсегот на електрични возила при ладно време опаѓа толку драматично. Не само што хемијата е побавна при ниски температури, туку и зголемувањето на внатрешниот отпор значи дека повеќе од енергијата на батеријата се троши како топлина внатре во ќелијата.
Прагот на термички бегство зависи од хемијата. За NMC клетките, егзотермните реакции на распаѓање започнуваат околу 180-220 степени. Откако ќе се започне, температурата може да се зголеми на 10-50 степени во секунда, достигнувајќи 800 степени или повеќе. LFP е многу побезбеден; Почетокот на термички бегство е 270 степени + и максималната постигната температура е пониска.
Размножувањето помеѓу клетките во пакет е вистинската опасност. Ако една ќелија оди во термички бегство, таа ги загрева своите соседи. Дали и соседните ќелии бегаат зависи од способноста за ладење, растојанието на ќелиите и изолацијата. Тестирањето за размножување UL 9540A го симулира ова со принудување на една ќелија во термички бегство и следење дали следат соседните ќелии. Добриот дизајн на пакетот содржи неуспех на една ќелија или најмногу мал модул.
Стратегиите за ладење се разликуваат. Воздушното ладење е наједноставно-да дува воздух над ќелиите или пакувањето. Работи во ред за апликации со мала густина на енергија како што се PHEV или системи за складирање енергија. Течното ладење е неопходно за-ЕВ со високи перформанси. Повеќето дизајни користат мешавина од вода-гликол во однос 50:50 со 10-25 литри во минута преку ладни плочи или канали за ладење. Влезната температура обично се контролира на 20-35 степени. Градиентите на температурата на батериите треба да останат под 5 степени до мин за да се избегне забрзано стареење на најжешките ќелии.
Некои експериментални дизајни користат ладење со средство за ладење, ладење со потопување во диелектрична течност или материјали за промена на фазата-. Ладењето со разладно средство може да извлече повеќе топлина, но бара покомплексен систем за наизменична струја. Ладењето со потопување има одлични коефициенти на пренос на топлина (500-2.000 W/m²K наспроти 50-150 W/m²K за индиректно течно ладење), но запечатувањето и компатибилноста со течност се предизвик. PCM-ите работат пасивно, но на крајот треба да ја отфрлат складираната топлина, така што главно помагаат при минливо ладење при брзо полнење или тешко забрзување.
Деградација на перформансите и режими на неуспех
Избледувањето на капацитетот и растот на импедансата се двата главни механизми за деградација. Тие се предизвикани од неколку различни физички и хемиски процеси кои се случуваат истовремено.
На страната на анодата, растот на SEI троши циклички литиум и електролит, зголемувајќи ја отпорноста. Графитната ексфолијација може да се случи ако ќелијата се наполни на ниски температури-литиумски плочи на графитната површина наместо да се интеркалира, а кога на крајот се интеркалира, ја раскинува структурата на графитот. Ова е често неповратно. Распаѓањето на врзивото при покачени температури предизвикува губење на електричниот контакт помеѓу честичките.
Деградацијата на катодата вклучува растворање на преодниот метал (особено манган во LMO или манган-кој содржи NMC), структурни промени од повторено вметнување/екстракција на литиум и реконструкција на површината кај катоди со висок-никел. Растворените преодни метали мигрираат до анодата каде што го катализираат растот на SEI, така што деградацијата на катодата индиректно ја забрзува деградацијата на анодата.
Распаѓањето на електролитот и производството на гас се поголеми проблеми при високи напони и високи температури. Вообичаените гасови вклучуваат CO2, CO и разни јаглеводороди од распаѓање на карбонат. Во ќелиите на торбичката, ќе видите како торбичката видливо отекува. Во цилиндрични или призматични ќелии со тврди куќишта, притисокот се зголемува додека не се отвори безбедносната вентилација (обично на 10-15 бари).
Губењето на залихи на литиум е главен механизам за избледување. Секој пат кога SEI расте или литиумските плочи неповратно на анодата, малку литиум се вади од базенот на циклиран литиум. На крајот ќе снемате и капацитетот паѓа.
Од внатрешните шорцеви може да се појават ненадејни неуспеси. Повеќето шорцеви почнуваат со мали-ситна метална честичка го пробива сепараторот или низ него расте литиум дендрит. Краткото создава жариште, кое локално ја забрзува деградацијата, што го прави кратката полоша и добивате јамка за позитивна повратна информација. Понекогаш самата клетка-заздравува ако кратката сама се стопи и се отвори. Други пати напредува во термичко бегство.
Тестовите за пенетрација на ноктите (присилување на челичен шајка низ наполнета ќелија) се стандарден тест за злоупотреба. LFP клетките обично не навлегуваат во термички бегство од пенетрација на ноктите. NMC ќелиите често го прават тоа, иако дизајните со подобри сепаратори и пониска специфична енергија понекогаш можат да поминат.
Слика 5 прикажува задржување на капацитетот наспроти бројот на циклус за неколку хемикалии при умерени услови на велосипед (1C полнење/празнење, 25 степени, 100% DOD).
Работна состојба и проценка на здравствената состојба
Не можете директно да измерите колку енергија има во ќелијата на литиум јони. Треба да го процените од други мерења: напон, струја и температура.
Наједноставниот метод за проценка на SOC е-заснован на напон. Секоја хемија има карактеристична крива на отворено-коло наспроти SOC. Измерете го напонот откако ќелијата ќе одмори некое време (за да дозволите минливите падови на напон од внатрешниот отпор да се распаѓаат), погледнете го на кривата OCV и знаете SOC. Проблемот е што ретко имате време ќелијата да се одмори во реални апликации.
Кулоновото броење е стандарден пристап. Со текот на времето ја интегрирате струјата за да го следите полнењето и излегувањето. Ако започнете со позната СПЦ, можете да ја пресметате новата СПЦ во секое време. Точноста зависи од вашиот моментален сензор (±0,5% е типичен) и од познавањето на вистинскиот капацитет. Грешките се акумулираат со текот на времето, така што треба периодично да се рекалибрирате со целосно полнење или циклус на празнење.
Методите базирани на{0}}модел користат еквивалентен модел на коло или електрохемиски модел на ќелијата. Вие го мерите напонот и струјата на терминалот, ги поминувате низ вашиот модел и извлекувате внатрешни состојби вклучувајќи го и SOC. Вообичаени се продолжените филтри на Калман или слични набљудувачи на состојбата. Овие пристапи можат да бидат многу точни (±2% SOC грешка), но бараат добри модели и значителни пресметковни ресурси.
Проценката на SOH е потешка бидејќи се обидувате да ја измерите деградацијата, која е бавна и постепена. Избледувањето на капацитетот и растот на импедансата не мора да се поврзуваат линеарно еден со друг или со бројот на циклуси. Ќелија која е брзо-наполнета многу може да има висока импеданса, но само умерен капацитет бледне. Ќелијата што е складирана на висока SOC/температура може да има значително избледување на капацитетот, но релативно низок раст на импедансата.
Индустриската практика е да се дефинира SOH врз основа на капацитетот: ќелија со 80% од нејзиниот оригинален капацитет е со 80% SOH, и тоа често се смета за крај-на-животот за EV апликациите. Ќелијата сè уште работи, но опсегот е намален за 20%. За апликации за складирање енергија, ќелиите може да се користат до 60-70% SOH.
Некои BMS вршат периодични проверки на капацитетот-целосно ја испразнуваат батеријата со мала брзина и мерат колку енергија излегува. Ова е точно, но наметливо (батеријата е недостапна за време на тестот) и трае со часови. Други пристапи се обидуваат да го проценат капацитетот индиректно од кривите на напонот, мерењата на импедансата или кулумбиската ефикасност.
Внатрешниот отпор може да се мери со примена на струен импулс и мерење на напонскиот одговор, или со вбризгување на мал AC сигнал на различни фреквенции (електрохемиска импеданса спектроскопија). EIS дава многу повеќе информации, но бара специјализиран хардвер кој ретко е присутен во комерцијалните BMS.
Второ-Животни апликации и рециклирање
Кога батеријата на EV ќе го достигне крајот на--животот (обично 70-80% од оригиналниот капацитет), таа сè уште е совршено функционална за апликации со помали барања. Второвековната употреба на батеријата добива на сила за стационарно складирање на енергија.
Економијата е незгодна. Мора да го тестирате пензионираниот пакет, потенцијално да го препроизведете (заменете го BMS, системот за ладење или оштетените модули), да го потврдите за новата апликација и да обезбедите гаранција. Сето ова чини пари. За вториот-живот да има смисла, обновениот пакет треба да чини значително помалку од ново пакување дизајнирано за стационарна апликација. Трошоците се распаѓаат дури и ако реновирањето чини помалку од 40-50% од цената на новото пакување, во зависност од чија анализа верувате.
Тестирањето на пензионирани ќелии не е-тривијално. Модулот може да содржи стотици ќелии во серија-паралелни. Не можете лесно да ги тестирате поединечно. Можете да го тестирате модулот како единица, но една лоша ќелија може да се маскира. Некои начини на деградација тешко се откриваат без деструктивно тестирање. Тука е и прашањето за одговорноста: ако се запали втора-трајна батерија, кој е одговорен?
Рециклирањето е крајниот крај-на-животниот пат. Сегашното-рециклирање од големи размери користи пирометалургија (топење) или хидрометалургија (хемиско лужење). Пирометалургијата е поедноставна, но помалку селективна-добивате мешани метални легури на кои им треба дополнително рафинирање. Хидрометалургијата може да поврати поединечни метали со поголема чистота, но бара повеќе чекори и генерира хемиски отпад.
Економијата на рециклирањето во голема мера зависи од цените на металите. Кобалтот е вреден (околу 30 $-40 $/kg историски, иако цените се вртат многу), така што рециклирањето на хемијата богати со кобалт- е економски исплатлива. Никелот вреди да се рециклира во обем. Манганот, железото и алуминиумот се метали со ниска-вредност, така што рециклирањето има смисла главно за да ги задржи надвор од депониите. Литиумот е интересен - не е особено вреден по килограм, но ограничувањата за снабдување го прават закрепнувањето привлечно.
Директното рециклирање-расклопување на батеријата и повторно користење на катоден или аноден материјал директно без негово разложување на метални соли-е жешка област за истражување. Ако можете да го вратите катодниот прав во употреблива форма, ќе заштедите енергија и трошоци за синтеза на катоди. Предизвиците вклучуваат одвојување на активниот материјал од сегашните колектори и врзива и справување со фактот дека рециклираниот материјал е мешавина од клетки од различни производители, возрасти и хемикалии.
