Efect de memorie dovedit asupra bateriilor Li-ion, LiFePO4 ...

Obamot a scris:[...] „spunem adesea că nu ar trebui să descărcăm sau să încărcăm Li-on-ul complet ... Că, de asemenea, nu are rost să le descărcăm la nivelul lor cel mai scăzut. , deoarece nu au efect de memorie, etc ...

Se pare că printre pachetele Li-on mai scumpe pe care le-am folosit (Apple Minolta și Sony) sunt cele pe care le-am descărcat la cel mai mic prag recomandat care a durat cel mai mult (dar nu am reușit niciodată să depășesc 4 ani într-o situație de încărcare / descărcare alotorie).

Așadar, încă o dată, de la teorie la practică ”[...]

Obamot a scris:

Obamot a scris:

citro a scris:

Obamot a scris:Dar ceva mă deranjează. Am auzit că dispozitivul Li-on nu funcționează la fel și va avea aproape o durată de viață programată, indiferent de cât de des îl folosiți. L-am observat => ~ 2 1/2 ani.

Vă referiți probabil la bateriile telefonului mobil. Există diferențe uriașe în funcție de mărci și mai ales de modurile de utilizare ... Poate că telefonați foarte mult cu descărcări puternice și ciclism profund.

Unii se pot distinge de ceilalți utilizatori, prin faptul că au descoperit că descărcarea relativ avansată, dar nu completă de Li-on și similar cu NiMh, le-ar face să dureze mai mult. Fac parte din el chiar dacă știu că prescripțiile spun că nu ar trebui să se facă, deoarece nu ar mai avea niciun efect de memorie (ca și în cazul NiCad) ... faptele sunt acolo ... Mai ales dacă sunt utilizate frecvent. Iată câteva indicii:

Obamot a scris:în principiu, bateriile ar „iubi” să fie încărcate / descărcate tot timpul. Astfel folosite, mi se pare că acest lucru ar explica faptul că acestea ar dura mai mult.

Pentru ce tip de dispozitive am testat acest lucru? PC, aparate de ras, camere reflex, tel. laptopuri, telefoane fără fir de uz casnic, toate în baterie de dimensiune standard (AA, AAA) sau nu ... și ce știu.

Și am mai presus de toate exemplul opusului: bateriile complet fuzionate pentru că le folosisem fără să țin cont de niciun ciclu de încărcare / descărcare? esteacesta este motivul (regularitatea relativă a sarcinilor / descărcărilor ciclurilor) care ar face ca acestea să dureze mai mult și că unul ar putea fi confuz? Nu stiu.

Dar acest punct slab al bateriilor pe care nu le folosești pentru perioade diferite de timp este punctul central care ar face că aș fi fost interesat de un vehicul cu propulsie aeriană, care teoretic nu ar suferi de acest tip de constrângeri / probleme (în cele din urmă și-ar pierde o parte din încărcătura de aer, dar fără a afecta „durata de viață” a sistemului de stocare, așa cum este cazul bateriilor convenționale). Spun teoretic pentru că pentru moment nimic convingător nu este încă la vânzare (nu înainte de 2013 până la ultimele știri ...).

Chiar dacă este doar experiența mea și părerea mea personală ... mă îndoiesc de asta în rândul utilizatorilor rare sunt cei care sunt total încântați de bateriile / bateriile reîncărcabile pe care le folosesc întrucât ar trebui să fie regula din timp ... (spun asta cu o consecvență a duratei de utilizare) și sunt sigur că, cu excepția celor cărora nu le pasă pentru că nu se uită la cheltuială sau cei care știu din experiența profesională ce tip să cumpere sau nu să cumpere, utilizatorii obișnuiți sunt puțin sortiți să-l schimbe iar și iar cu diferite grade de succes, dar în cele din urmă întotdeauna cu aceeași dezamăgire la final.

În ceea ce privește diferența de performanță de la un model la altul, am încercat relativ totul [...] (și spun că de la cele mai renumite mărci la brandurile lambda, asta nu ar face nici o diferență), prin urmare, recunosc că „În general, nu aș crede niciodată ce îmi spun oamenii despre autonomia bateriei, dacă nu încerc. Deci, să oprim salatele despre producători, care își apără incinta, majoritatea sunt supuși unor legi de piață foarte severe, care trebuie să le oblige din toate părțile la anumite lucruri care nu sunt foarte clare ...

Iată ce ne-a spus chimistul nostru ca practici comerciale obișnuite:
Comercianții susțin „noi tipuri” și cercetare și dezvoltare în top cu perspectiva îmbunătățirilor constante. De fiecare dată, este adevărat, vedem că cele mai recente versiuni sunt puțin mai puțin rele decât cele anterioare ... Dar din moment ce inovația nu ar avansa cu aceeași viteză ca reînnoirea ciclului produsului nu ar permite cu adevărat să se întâmple. do (chimia nu face miracole mai ales înainte de perioada de vară sau în vacanța de Crăciun ... lol) la început am vedea o îmbunătățire a performanței, apoi producătorii ar schimba formula internă și / sau componentele bateriilor pentru acestea. a face mai puțin eficient într-un mod artificial ... A reface lovitura „de noutate” în vremurile bune, cu din nou formula „cine este mai bun”. Cu atât mai mult cu cât le-ar permite să introducă componente mai puțin costisitoare în timpul unei perioade de „pauză” ...

Între timp, am fi păcăliți crezând în consistența produselor [...]

Tsuyoshi Sasaki, Yoshio Ukyo, Petr Novák Nat. Materials, Advanced Online Publication, publicat pe 14 aprilie 2013 a scris:Efect de memorie într-o baterie litiu-ion

Efectele de memorie sunt bine cunoscute utilizatorilor de baterii nichel - cadmiu și nichel - metal-hidrură. Dacă aceste baterii sunt reîncărcate în mod repetat după ce au fost descărcate doar parțial, ele își pierd treptat capacitatea utilizabilă din cauza unei tensiuni de lucru reduse. În schimb, bateriile litiu-ion sunt considerate a nu avea efect de memorie. Aici raportăm un efect de memorie în LiFePO4 - unul dintre materialele utilizate pentru electrodul pozitiv din bateriile Li-ion - care apare deja după doar un ciclu de încărcare și descărcare parțială. Caracterizăm acest efect de memorie al LiFePO4 și explicăm legătura acestuia cu modelul de încărcare / descărcare particule cu particule. Acest efect este important pentru majoritatea utilizărilor bateriilor, deoarece modificarea ușoară a tensiunii pe care o provoacă poate duce la erori de calcul substanțiale în estimarea stării de încărcare a bateriilor

Profesor. Dr. Petr Novák, șeful secției de stocare electrochimică Institutul Paul Scherrer, 5232 Villigen PSI, Elveția, 14.04.2013 a scris:Un efect de memorie descoperit și în bateriile Li-ion

Bateriile litiu-ion sunt baterii de putere utilizate pentru stocarea energiei multor dispozitive electronice vândute pe piață. Pot stoca o cantitate semnificativă de energie pentru un volum și o greutate relativ mici. Mai mult, până acum au avut reputația de a nu fi sensibili la efectul de memorie. Acesta este modul în care specialiștii desemnează o abatere a potențialului bateriei, aceasta din urmă fiind cauzată atunci când bateria nu este complet încărcată sau descărcată. Rezultatul este că energia stocată este disponibilă doar parțial și nu mai este posibilă realizarea unei estimări fiabile a stării de încărcare a bateriei. Cercetătorii de la Institutul Paul Scherrer (PSI) și colegii lor de la Toyota Research Lab din Japonia au identificat acum un efect de memorie într-un tip de baterie litiu-ion utilizat pe scară largă. Această descoperire are o importanță deosebită, având în vedere sosirea iminentă a bateriilor litiu-ion pe piața vehiculelor electrice. Lucrările lor sunt publicate astăzi în revista de specialitate Nature Materials.
Chiar dacă nu sunt la fel de „perfecte” pe cât ar dori să le credem reclamele, multe dispozitive pe care le folosim zilnic și care își extrag energia dintr-o baterie, au adesea un fel de „memorie”. . Utilizatorul, care din obișnuință și precauție, își reîncarcă în mod constant aparatul de ras electric sau periuța de dinți înainte ca bateria să fie complet descărcată, riscă o surpriză neplăcută după aceea. Bateria pare să observe că doar o parte din capacitatea sa specifică a fost luată - atât de mult încât într-o zi nu mai amintește că poate furniza mai multă energie. Specialiștii vorbesc apoi despre un „efect de memorie”; acesta din urmă apare atunci când potențialul de ciclism al bateriei scade în timp, în urma ciclurilor incomplete de încărcare / descărcare. Cu alte cuvinte, chiar dacă acumulatorul are încă încărcare disponibilă, potențialul pe care îl oferă este într-un moment dat prea mic pentru a opera dispozitivul. Efectul de memorie are, prin urmare, două consecințe negative: pe de o parte, reduce capacitatea de stocare disponibilă a bateriei; și, pe de altă parte, corelația dintre potențialul de ciclism și starea de sarcină este schimbată, prin urmare starea de sarcină nu mai poate fi determinată în mod fiabil. Efectul de memorie este bine cunoscut în bateriile nichel-cadmiu și nichel-hidrură metalică. Pentru bateriile litiu-ion care au început să fie comercializate la începutul anilor 1990, existența unui astfel de efect a fost totuși exclusă până acum. În mod greșit, așa cum arată acest nou studiu.

Consecințele efectului de memorie pentru vehiculele hibride și electrice

Efectul de memorie însoțit de abaterea anormală a potențialului de ciclism a fost identificat într-unul dintre materialele cele mai frecvent utilizate ca electrod pozitiv în bateriile litiu-ion: fosfatul de litiu-fier (LiFePO4). În cazul fosfatului de fier litiat, potențialul rămâne într-adevăr neschimbat pe o mare parte a ciclului de încărcare / descărcare. Prin urmare, cea mai mică abatere a potențialului bateriei ar putea fi interpretată, în mod greșit, ca o schimbare semnificativă a stării de încărcare. Acum, în cazul de față, deoarece starea de încărcare a bateriei este determinată de potențialul de ciclism, o abatere foarte mică a potențialului poate duce la o eroare mare de estimare a stării de încărcare. Existența acestui efect de memorie este deosebit de importantă având în vedere sosirea iminentă a bateriilor litiu-ion pe piața vehiculelor electrice. Acest efect ar afecta în special vehiculele hibride, deoarece în condiții normale de utilizare, aceste vehicule suferă multe cicluri de încărcare / descărcare parțiale. Motorul, în aceste vehicule, este transformat într-un generator și încarcă bateria cu fiecare frânare. Acesta din urmă se descarcă în mod normal doar parțial și asistă motorul în timpul fazelor de accelerație. Numeroasele cicluri de încărcare / descărcare parțiale succesive duc la efecte de memorie izolate care se acumulează pentru a crea un efect de memorie semnificativ, așa cum arată acest nou studiu. Acest lucru induce o estimare slabă a stării de încărcare a bateriei, în cazul în care starea de încărcare este estimată de un software care se bazează pe valoarea curentă a potențialului.

Cauzele efectului de memorie

Cercetarea cauzelor efectului memoriei, cum ar fi încărcarea și descărcarea bateriilor, a fost studiată la nivel microscopic. Materialul electrodului - în acest caz fosfat de fier litiat (LiFePO4) - este alcătuit dintr-o multitudine de particule de mărimea câtorva microni, care sunt încărcate și descărcate una după alta. Cercetătorii se referă la acest model de încărcare / descărcare numit „modelul cu mai multe particule”. Încărcarea decurge deci particulă cu particulă și implică delirare. Prin urmare, o particulă complet încărcată nu mai conține litiu și nu mai este compusă din fosfat de fier (FePO4). În schimb, descărcarea constă din reacția inversă, atomii de litiu reacționând din nou cu materialul electrodului astfel încât fosfatul de fier (FePO4) să devină din nou fosfat de litiu-fier (LiFePO4). Modificările conținutului de litiu, care sunt asociate cu stările de încărcare / descărcare, determină modificarea potențialului chimic al fiecărei particule, modificând astfel potențialul bateriei. Cu toate acestea, încărcarea și descărcarea nu sunt procese liniare. Astfel, în timpul încărcării, potențialul chimic crește pe măsură ce deliția progresează. Dar apoi, particula atinge o valoare critică a conținutului său de litiu (și, prin urmare, a potențialului său chimic). Apoi are loc o tranziție bruscă în acest moment: particulele pierd foarte repede ionii de litiu care rămân pentru ei, fără a schimba însă potențialul lor chimic. Tocmai această tranziție explică faptul că potențialul bateriei rămâne practic neschimbat pe o lungă parte a ciclismului (platoul potențial).

Particule „bogate” sau „sărace” în litiu

Existența acestei bariere potențiale este crucială pentru apariția efectului de memorie. Odată ce primele particule au trecut prin el și nu mai conțin litiu, particulele care alcătuiesc electrodul sunt împărțite în două grupuri. Cu alte cuvinte, există o separare clară între particulele bogate în litiu și particulele sărace în litiu (vezi ilustrația). Dacă bateria nu este complet încărcată, atunci rămân o serie de particule bogate în litiu, care nu au reușit să treacă bariera potențială. Dar aceste particule nu stau mult timp la nivelul acestei bariere, deoarece starea lor este instabilă în aceste condiții; „alunecă înapoi”, prin urmare „de-a lungul pantei curbei de încărcare / descărcare”, ceea ce înseamnă că potențialul lor chimic scade. Chiar și atunci când bateria este descărcată din nou și toate particulele revin la bariera potențială, această împărțire în două grupuri rămâne. Și aici se află punctul crucial al efectului de memorie: în timpul următorului proces de încărcare, este primul grup (cel al particulelor sărace în litiu) care traversează bariera, în timp ce al doilea grup (particule bogate în litiu). litiu) rămâne „în spate”. Pentru ca acest grup „întârziat” să treacă această barieră, trebuie să-și mărească în mod imperativ potențialul chimic și tocmai asta determină supratensiunea caracteristică efectului de memorie („bump” vizibil în ilustrație). Efectul de memorie este deci consecința împărțirii populației de particule în două grupuri, cu conținut de litiu clar diferit. Aceste particule trebuie apoi să traverseze bariera potențială una după alta. Supratensiunea, prin care efectul devine vizibil, corespunde muncii suplimentare pe care trebuie să o asigure particulele de întârziere care rămân blocate de bariera potențială după o încărcare incompletă.

Așteptați până când memoria este ștearsă

Timpul dintre încărcare și descărcare a bateriei joacă un rol important în determinarea stării bateriei la sfârșitul acestor procese. Încărcarea și descărcarea sunt într-adevăr procese care afectează echilibrul termodinamic al bateriei; acest echilibru poate fi restabilit după o anumită perioadă de timp. Cercetătorii au descoperit că atunci când acesta din urmă a fost suficient de lung, efectul de memorie a fost anulat. Dar conform „modelului cu mai multe particule”, această anulare are loc numai în anumite circumstanțe. Efectul de memorie ar dispărea numai dacă se așteaptă suficient de mult după un ciclu constând dintr-o încărcare parțială, urmată de o descărcare completă. În acest caz, cele două grupuri de particule sunt, desigur, separate încă după descărcarea completă, dar toate se află pe aceeași parte a barierei potențiale. Diviziunea dispare apoi, deoarece particulele tind spre o stare de echilibru, unde toate au același conținut de litiu. Pe de altă parte, efectul memoriei este menținut după o încărcare parțială și înainte de descărcarea incompletă. În acest caz, particulele se găsesc de ambele părți ale barierei potențiale și acest lucru împiedică revenirea la divizarea particulelor „sărace în litiu” și „bogate în litiu”.

Potrivit lui Petr Novák, directorul secției de stocare a energiei electrochimice la PSI și coautor al publicației, acest studiu risipe o concepție greșită de multă vreme: „Din câte știm, niciun studiu nu a investigat un mod vizat de efect de memorie în bateriile litiu-ion ”, subliniază el. „Până acum, se presupunea pur și simplu că un astfel de efect nu a avut loc. Această concluzie la care au ajuns cercetătorii, continuă el, se datorează unui amestec de speculații și diligență, care se dovedește adesea fructuos în cercetare: „Descoperirea noastră este rezultatul unei combinații de întrebări critice și observații detaliate. », Continuă cercetătorul. „Efectul este mic: diferența relativă a nivelului potențial este de doar câteva miimi. Dar ideea decisivă a fost să căutăm acest efect. În testarea convențională a bateriei, se efectuează cicluri complete de încărcare / descărcare, nu cicluri incomplete. Pentru a pune întrebarea consecințelor unei sarcini parțiale, aceasta a fost lovitura necesară de geniu. Cu toate acestea, această nouă descoperire nu înseamnă sfârșitul utilizării bateriilor litiu-ion. Este într-adevăr perfect posibil ca o adaptare inteligentă a software-ului, în cadrul sistemului de gestionare a bateriei, să fie suficientă pentru a detecta acest efect și pentru a-l lua în considerare în timp, subliniază Petr Novák. Dacă o astfel de adaptare poate funcționa, efectul de memorie nu ar împiedica utilizarea în siguranță a bateriilor litiu-ion în mașinile electrice. Mingea se află acum în terenul inginerilor: depinde de ei să găsească modalitatea corectă de a gestiona memoria bateriilor.

Conform "modelului cu mai multe particule" descris aici, în timpul încărcării și descărcării bateriei, particulele avansează una după alta. Prin particulă se înțelege aici un fel de „cereale”. Cu alte cuvinte, materialul (LiFePO4) nu apare dintr-o singură bucată: este compus dintr-o multitudine de boabe, în care structura cristalină este nominală întotdeauna aceeași; dar aceste boabe prezintă diferențe minuscule, în ceea ce privește dimensiunea, forma sau orientarea cristalografică. Aceasta este pur și simplu descrierea a ceea ce arată o pulbere. În limbaj specializat, vorbim de „cristalite”. Întregul lucru poate fi descris ca o aliniere a cuburilor mici de aproximativ aceeași dimensiune, în care fiecare este ușor orientat în raport cu vecinii săi, ceea ce înseamnă că cuburile nu au toate aceeași orientare, deși toate au aceeași orientare. aceeași structură cristalină (forma lor de cub).

citro a scris:Dacă folosim doar o treime sau un sfert din capacitatea bateriei zilnic, nu mai este o utilizare economică, înseamnă că am „investit” pentru 60-75% din capacitatea inutilă . Aceasta se numește deșeuri și este contraproductivă, deoarece crește costul achiziționării și utilizării vehiculului.

Pe scurt, nu există nicio problemă, există doar soluții.

Obamot a scris:Ei bine, deja răsuci cu siguranță gâtul unei idei primite!
... Aceasta se numește știind să sculpteze cota Li-ion

Ar trebui să deducem că acest lucru este valabil și pentru hibrizii (electrici)?

Obamot a scris:Aaaah, dar știind-o într-un mod clar în cele din urmă, îi schimbă și aprecierea pe meritele alegerii unui tip de baterie în locul altuia.

Baterii plumb-acid sau pe bază de litiu (cum ar fi bateriile Li-ion) nu sunt sensibile la efectul de memorie; "prin urmare, putem reîncărca aceste baterii fără a fi descărcate anterior".

„Efectul de memorie” este un fenomen care caracterizează o baterie care refuză să livreze toată energia pe care o are în depozit, deoarece a fost reîncărcată înainte de a fi complet epuizată și a memorat pragul atins în momentul bateriei. reîncărcați ca prag de epuizare.

Acest fenomen a fost descoperit inițial de NASA. Sateliții săi, așezați pe orbită în jurul Pământului, s-au încărcat în timpul zilei și s-au descărcat în timpul nopții. Vă rugăm să rețineți că timpul de încărcare / descărcare a rămas perfect identic. După mai multe încărcări / descărcări, NASA a observat că bateria nu mai oferea energie dincolo de punctul în care obișnuia să fie descărcată. Bateria păstrase pragul obișnuit de descărcare în „memorie” și refuza să meargă mai departe.

În viața de zi cu zi, este aproape imposibil să suferiți de efectul memoriei asupra bateriilor Ni / Cd. Timpii de încărcare și descărcare sunt rareori (dacă vreodată) identici scrupulos pe parcursul mai multor cicluri succesive. Consumatorul ar trebui să caute să reproducă efectul memoriei, care este o ipoteză academică. De fapt, chiar și în laborator, reproducerea efectului de memorie este dificilă și, prin urmare, utilizatorul mediu nu se teme de nimic.