Что приводит к старению аккумуляторов? Что можно сделать, чтобы продлить срок службы этих батарей?

В наши дни большая часть современной электроники использует аккумуляторные батареи в качестве источника питания. Кроме того, в наши дни большинство современных аккумуляторов изготавливаются на основе литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторов . Как и любые другие устройства, эти аккумуляторы со временем теряют способность перезаряжать, сохранять и разряжать энергию, поэтому пользователям приходится заменять устройства или аккумуляторы.

Насколько я понимаю, повышение внутреннего сопротивления аккумулятора является основной причиной старения аккумулятора. Это точно? Если это так, что можно сделать, чтобы снизить или устранить внутреннее сопротивление аккумуляторных батарей.

Если мое понимание неверно, что является причиной старения аккумуляторной батареи?

Если причины старения батареи понятны, как инженеры-электронщики могут разработать схемы зарядки и разрядки для продления срока службы аккумулятора?

Ссылки:

energy electrical-engineering energy-storage chemical-engineering battery Махендра Гунавардена
источник

Примечание: я намеренно держал вместе внутреннее сопротивление / химический состав батареи и дизайн электронных схем

Махендра Гунавардена

Вы уже видели эту страницу ?

HDE 226868,

Это горячая тема в исследованиях и разработках, на которую уходит много денег, но до сих пор нет удовлетворительного решения. Очень интересный вопрос, но, думаю, не так просто ответить подробно, особенно не на вторую часть.

Триларион

Я надеюсь, что инженер-химик, химик или специалист по исследованиям дадут некоторое представление. С точки зрения ЭЭ это увеличение сопротивления. Вопрос: как можно замедлить увеличение сопротивления?

Махендра Гунавардена,

Повышение внутреннего сопротивления лучше понимать как признак старения, а не как его основную причину.

Соломон Медленный

Ответы:

$\text{NiCad}$ $\text{NiMH}$

Я не смог найти много об эффектах, которые влияют только на литий-ионные батареи, но есть много общих факторов . Вот краткий список:

Химические вещества разрушаются
Пассивация (которая влияет на ионно-литиевые батареи), когда на элементе батареи образуется слой нежелательных химикатов. Это обсуждает связанный феномен на странице 4258:

К сожалению, при перезарядке литий имеет сильную тенденцию к образованию мшистых отложений и дендритов в обычных жидких органических растворителях (см. Рис. 15B). Это ограничивает срок службы до 100-150 циклов (значительно меньше, чем 300 циклов, необходимых для коммерческой ячейки), а также увеличивает риск возникновения инцидента безопасности.
Механические нагрузки и утечки. Батареи могут быть повреждены различными способами, что может привести к поломке внутренних компонентов и утечке химических веществ. Это может быть очень опасно для людей.

К знак равно A е^{- Е_{a} / р T}

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

Наконец, существует явление саморазряда , когда нежелательные реакции в батарее «съедают», так сказать, при емкости батареи. Процесс может отличаться в зависимости от типа батареи. На Battery University есть страница , которую вы, возможно, уже видели. Он повторяет, что температура может ускорить этот процесс. Достаточно страшно, что литий-ионные аккумуляторы могут разряжаться до 5% в течение первых 24 часов, замедляясь до 1-2% в месяц после этого.

HDE 226868
источник

Что вызывает эффект памяти? Как дендриты вредны? Способствует ли саморазряд длительной потере емкости или расходует только заряд на этом заряде?

Рик

@Rick Wikipedia дает один связанный временный процесс и механизм, лежащий в его основе: Снижение напряжения вызвано многократной перезарядкой батареи, которая вызывает образование небольших кристаллов электролита на пластинах. Они могут засорить пластины, увеличивая сопротивление и понижая напряжение некоторых отдельных элементов в батарее. Это приводит к тому, что батарея в целом быстро разряжается, поскольку отдельные элементы быстро разряжаются, и напряжение батареи в целом внезапно падает.

HDE 226868,

Re, The "эффект памяти" . Ознакомьтесь с z80.info/nicd2.txt . Короткая версия: да, такой эффект есть, но большинство проблем, которые когда-либо обвиняли в этом, на самом деле были вызваны другими проблемами (особенно плохо разработанными ручными зарядными устройствами). Эта информация в конечном итоге исходит от инженеров НАСА, которые были готовы потратить много денег, чтобы понять батареи, которые они планировали отправить в космические миссии.

Соломон Медленный