Cosa causa l'invecchiamento delle batterie ricaricabili? Cosa si può fare per prolungare la durata di queste batterie?

Oggi la maggior parte dei moderni dispositivi elettronici utilizza batterie ricaricabili come fonte di alimentazione. Inoltre, al giorno d'oggi le batterie ricaricabili più moderne sono a base di ioni di litio o polimeri di litio . Come qualsiasi altro dispositivo, nel tempo queste batterie ricaricabili perdono la capacità di ricaricare, trattenere e scaricare energia, pertanto gli utenti devono sostituire i dispositivi o le batterie ricaricabili.

Comprendo che l'aumento della resistenza interna della batteria è la causa primaria dell'invecchiamento della batteria ricaricabile. È preciso? In tal caso, cosa si può fare per ridurre o eliminare la resistenza interna nelle batterie ricaricabili.

Se la mia comprensione non è precisa, qual è la causa dell'invecchiamento della batteria ricaricabile?

Se si comprendono le cause dell'invecchiamento della batteria, come possono gli ingegneri elettronici progettare circuiti di carica e scarica per prolungare la durata della batteria ricaricabile?

Riferimenti:

— Mahendra Gunawardena
fonte

Nota: ho deliberatamente tenuto insieme sia la resistenza interna / chimica della batteria sia la progettazione di circuiti elettronici

— Mahendra Gunawardena,

Hai già visto questa pagina ?

— HDE 226868,

Questo è un argomento caldo nella ricerca e nello sviluppo con molti soldi in entrata e ancora nessuna soluzione soddisfacente. Una domanda molto interessante ma credo non sia facile rispondere in dettaglio, soprattutto non nella seconda parte.

— Trilarion

Spero che un ingegnere chimico, un professionista della chimica o una ricerca possano fornire alcune informazioni. Dal punto di vista EE è un aumento dell'impedenza. Domanda: come si può rallentare l'aumento dell'impedenza?

— Mahendra Gunawardena,

L'aumento della resistenza interna potrebbe essere meglio compreso come un sintomo dell'invecchiamento, non come la causa principale di esso.

— Solomon Slow

Uno dei problemi che affliggeva le vecchie batterie ricaricabili (ad esempio Nickel Cadmium ( ) e Nickel Metal Hydride ( )) era l' effetto memoria . L'effetto memoria si verifica quando una batteria ricaricabile non è completamente scarica. Quindi "dimentica" di avere una capacità maggiore di quanto pensi, e quindi in futuro si scarica di meno. $\text{NiCad}$ $\text{NiMH}$

Un buon esempio è una bottiglia d'acqua. Inizialmente, le bottiglie d'acqua hanno una certa capacità di acqua. Diciamo che bevo la maggior parte dell'acqua in una bottiglia d'acqua durante un utilizzo. Se l'effetto memoria colpisse le bottiglie d'acqua, non sarei in grado di bere acqua in futuro occupando lo spazio che aveva trattenuto l'acqua che non era stata bevuta l'ultima volta. Quello spazio extra sarebbe perso per sempre. Nel tempo, ciò può consumare una batteria ricaricabile. Fortunatamente, ciò influisce generalmente solo sulle batterie ricaricabili e $\text{NiCad}$ $\text{NiMH}$ .

Non sono stato in grado di trovare molto sugli effetti che influenzano solo le batterie agli ioni di litio, ma ci sono molti fattori trasversali . Ecco un breve elenco:

Rottura chimica
Passivazione (che influisce sulle batterie agli ioni di litio), ovvero quando si forma uno strato di sostanze chimiche indesiderate sulla cella della batteria. Questo discute un fenomeno correlato a pagina 4258:

Sfortunatamente, al momento della ricarica, il litio ha una forte tendenza a formare depositi muschiosi e dendriti nei soliti solventi organici liquidi (cfr. Figura 15B). Ciò limita la durata del ciclo a 100-150 cicli (notevolmente inferiore ai 300 cicli richiesti per una cella commerciale), oltre ad aumentare il rischio di un incidente di sicurezza.
Sollecitazioni meccaniche e perdite. Le batterie possono essere danneggiate in vari modi, causando la rottura dei componenti interni e la fuoriuscita di sostanze chimiche. Questo può essere molto pericoloso per l'uomo.

Ci sono altri fattori a lungo termine che aumentano l'invecchiamento della batteria. La pagina che ho collegato per l'elenco sopra sembra essere affezionata all'equazione di Arrhenius : che mostra che il tasso di reazioni chimiche cambia al variare della temperatura. Le alte temperature significano reazioni più veloci ma forse anche una vita più breve; ciò può influire significativamente sulle batterie non ricaricabili.

k = A e^{- E_{a} / R T}

$k=Ae^{-E_a/RT}$

Infine, c'è il fenomeno dell'autoscarica , che avviene quando le reazioni indesiderate nella batteria "mangiano via", per così dire, alla capacità della batteria. Il processo può variare in base al tipo di batteria. Battery University ha una pagina al suo interno , che potresti aver già visto. Ribadisce che la temperatura può accelerare questo processo. Scarsamente, le batterie agli ioni di litio possono scaricarsi fino al 5% entro le prime 24 ore, rallentando successivamente all'1-2% al mese.

— HDE 226868
fonte

Cosa causa l'effetto memoria? In che modo i dendriti sono dannosi? L'autoscarica contribuisce alla perdita di capacità a lungo termine o utilizza solo la capacità con tale addebito?

— Rick,

@Rick Wikipedia fornisce un processo temporaneo correlato e il meccanismo dietro di esso: la depressione di tensione è causata da un sovraccarico ripetuto di una batteria, che provoca la formazione di piccoli cristalli di elettrolita sulle piastre. Questi possono ostruire le piastre, aumentando la resistenza e abbassando la tensione di alcune singole celle della batteria. Questo fa sì che la batteria nel suo insieme sembri scaricarsi rapidamente quando quelle singole celle si scaricano rapidamente e la tensione della batteria nel suo insieme diminuisce improvvisamente.

— HDE 226868,

Re, Il "effetto memoria". Dai un'occhiata a z80.info/nicd2.txt La versione breve è Sì, c'è un tale effetto, ma la maggior parte dei problemi che sono mai stati biasimati in realtà erano dovuti ad altri problemi (soprattutto, caricabatterie di mantenimento mal progettati). Queste informazioni alla fine provengono da ingegneri della NASA che erano disposti a spendere un sacco di soldi per capire le batterie che avevano pianificato di inviare in missioni spaziali.

— Solomon Slow