ما هي دورة الحياة؟

دورة الحياة هي عدد دورات الشحن-والتفريغ التي تمر بها البطارية قبل أن تنخفض إلى مستوى سعة محدد مسبقًا. عادةً ما تكون هذه النسبة 80%، على الرغم من أنني رأيت المواصفات في كل مكان - 70% لبعض تطبيقات السيارات، و85% لتطبيقات أخرى. تعتبر العتبة بحد ذاتها نوعًا من التعسفية وتتعلق بحسابات الضمان أكثر من أي خاصية أساسية لكيمياء البطارية.

من المحتمل أن تكون طبقة SEI الموجودة على أنودات الجرافيت هي آلية التحلل الأكثر دراسة في بطاريات أيونات الليثيوم-. عند شحن الخلية لأول مرة، يتحلل الإلكتروليت على سطح الأنود ويشكل هذا الغشاء الصلب-معظمه من كربونات الليثيوم، وبعض فلوريد الليثيوم إذا كنت تستخدم ملح LiPF6، وأنواع عضوية مختلفة. يجب أن تستقر هذه الطبقة بعد عدة دورات. لا. يستمر في النمو، ببطء، ويستهلك الليثيوم الذي ينبغي أن يركب. لقد عملت في مشروع منذ بضع سنوات محاولًا تثبيت SEI باستخدام إضافات الإلكتروليت. يساعد FEC (كربونات الفلور إيثيلين)، بينما يساعد VC (كربونات الفينيلين) بشكل أكبر. ولا أحد يحلها بالكامل.

-تشقق كاثودات النيكل العالية. NMC811، الذي يتكون من 80% نيكل، 10% منجنيز، 10% كوبالت، يخضع لتغيرات هائلة في الحجم أثناء التدوير-بطريقة أكبر من تركيبات NMC111 أو NMC523 الأقدم. الجسيمات تنكسر حرفيًا. يمكنك رؤيته ضمن SEM بعد بضع مئات من الدورات. اكتشفت شركة CATL في عام 2019 تقريبًا أنه إذا قمت بتركيب جسيمات بلورية-مفردة بدلاً من التجمعات متعددة البلورات التي كان الجميع يصنعونها، فإنك ستقضي على معظم التشققات لأنه لا توجد حدود للحبيبات. يبدو الأمر واضحًا الآن، لكن الحصول على معايير التوليف الصحيحة على نطاق واسع استغرق سنوات. أعتقد أن BYD تفعل شيئًا مشابهًا مع بطارية Blade الخاصة بها ولكنها لا تنشر الكثير عن معالجة الكاثود الخاصة بها.

بصراحة، درجة الحرارة مهمة أكثر من أي شيء آخر. ولكل زيادة بمقدار 10 درجات، فإنك تضاعف معدل الشيخوخة تقريبًا. هذا ليس صحيحًا-الآليات المختلفة لها طاقات تنشيط مختلفة-لكنها قريبة بدرجة كافية للتقديرات الهندسية. الحزمة التي تعمل بمتوسط 35 درجة سوف تستمر لفترة أطول من تلك التي تعمل بمتوسط 45 درجة. تعلمت تسلا هذا مبكرًا مع سيارة رودستر. تتمتع سياراتهم اللاحقة بإدارة حرارية قوية جدًا، وسوف تعمل على التبريد حتى عند ركنها إذا أصبحت المجموعة ساخنة جدًا.

البرد غريب. تتباطأ كيمياء التحلل، وهو أمر جيد. لكنك تحصل على مقاومة أعلى بكثير، وإذا حاولت الشحن بسرعة كبيرة، فسوف تقوم بطبقة الليثيوم على القطب الموجب، وهو أمر سيء للغاية. تعتبر رواسب الليثيوم خسارة لا رجعة فيها في القدرة وإذا نمت إلى تشعبات يمكنك الحصول على قصر داخلي. لن تسمح لك معظم المركبات الكهربائية بشحن التيار المستمر بسرعة أقل من 0 درجة لهذا السبب.

cycle life

هناك هذا التأثير المعروف-حيث يؤدي ركوب الدراجات في المياه الضحلة إلى إطالة العمر. إذا كنت تستخدم 40% فقط من سعة البطارية بدلاً من 100%، فقد يزيد عمر الدورة ثلاث مرات. ربما أكثر. الآليات ليست واضحة تماما. من المحتمل أن تساعد التغييرات الصغيرة في حجم الأقطاب الكهربائية. من المؤكد أن تجنب إمكانات القطب المتطرف حيث تتسارع التفاعلات الجانبية يساعد بالتأكيد. لكن لم يحدد أحد حقًا المساهمة الدقيقة لكل عامل.

كل سيارة كهربائية تخفي عنك بعض السعة. عندما تقول لوحة التحكم الخاصة بك 0%، فمن المحتمل أن تكون نسبة SOC الحقيقية 5%. عندما تقول 100%، تكون 95% أو ربما 90%. الشركات المصنعة لا تنشر هذه الأرقام. لقد حاولت إجراء هندسة عكسية-على جهاز Bolt القديم الخاص بي من خلال النظر إلى بيانات نظام إدارة المباني (BMS) عبر ناقل CAN ولكن جداول المعايرة مشفرة.

لا أحد يريد الانتظار 3-4 سنوات للتحقق من صحة تصميم البطارية. لذلك نقوم بإجراء اختبارات متسارعة لدرجات حرارة أعلى، ومعدلات دوران أسرع. المشكلة هي أنه ليس كل آليات التدهور تتسارع بنفس الطريقة. البعض يفعل، والبعض الآخر لا. يعمل تسريع درجة الحرارة بشكل جيد في معظم العمليات الكيميائية. تسارع المعدل سطحي. وهناك أوضاع فشل لا تظهر إلا بعد فترة تقويم ممتدة ولا يمكنك تسريعها على الإطلاق.

تعتبر أشياء التنبؤ بـ ML الأخيرة مثيرة للاهتمام. يمكنك إدخال بيانات الدورة المبكرة في نموذج ويتنبأ بتضاؤل القدرة-على المدى الطويل. نشرت جامعة ستانفورد بعض الأعمال حول هذا الموضوع في عام 2019، كما قامت جامعة كارنيجي ميلون بأشياء مماثلة. إنه يعمل بشكل جيد بشكل مدهش على الخلايا التي تدربوا عليها. التعميم هو المشكلة. قم بتغيير تركيبة الكاثود أو تركيبة الإلكتروليت وستحتاج إلى إعادة التدريب باستخدام بيانات جديدة، وهو ما يتعارض مع الغرض إذا كنت تحاول التنبؤ بعمر التصميم الجديد.

cycle life

يتمتع LFP بدورة حياة أفضل من فترة NMC. يمكنك الحصول على 3000-5000 دورة بسهولة، وأحيانًا أكثر. تعد عقوبة كثافة الطاقة قاسية على الرغم من أنك-تتنازل عن 30-40% مقارنةً بـ NMC الذي يحتوي على نسبة عالية من النيكل. قرر المصنعون الصينيون أن هذه المقايضة منطقية بالنسبة للسيارات الكهربائية الأرخص حيث لا يحتاج الناس إلى نطاق 300+ ميل. BYD، CATL، الجميع هناك يقومون بـ LFP للمركبات ذات النطاق القياسي. مصنعو المعدات الأصلية الغربيون أبطأ في اعتماده. الاختلاف الثقافي أو اختلاف السوق أو كليهما، لست متأكدا.

من المفترض أن يتمتع أيون الصوديوم- بدورة حياة مماثلة لـ LFP استنادًا إلى ما تدعيه CATL وNatron، ولكن تم إنتاجه لمدة عام تقريبًا، لذا من يدري ماذا يحدث بعد 5+ سنة في الميدان.

تظل الحالة الصلبة-واعدة بدورة حياة أفضل نظرًا لعدم وجود إلكتروليت سائل مما يعني واجهات أكثر استقرارًا. لكنها لا تزال غير متاحة تجاريا. لقد كان QuantumScape "على بعد عامين" منذ حوالي ست سنوات. مقاومة الواجهة، وفقدان الاتصال أثناء ركوب الدراجات، وتشعبات الليثيوم في بعض التصميمات-هذه المشاكل أصعب مما يعتقده أي شخص. ربما تعمل إلكتروليتات الكبريتيد بشكل أفضل من الأكاسيد. تشير البيانات الصادرة من اليابان إلى احتمال حدوث ذلك.

cycle life

يتم تجاهل هذا كثيرًا ولكنه أمر ضخم بالنسبة للمركبات التي لا يتم قيادتها كثيرًا. بطاريتك تتدهور بمجرد الجلوس هناك. درجة حرارة التخزين وSOC كلاهما مهم. أسوأ حالة هي الشحن بنسبة 100% في درجة حرارة عالية-سوف تخسر عدة نقاط مئوية سنويًا دون القيام بأي شيء. 40% SOC في درجة حرارة الغرفة هو التخزين الأمثل ولكن من الواضح أنه ليس عمليًا لسيارة تستخدمها بالفعل.

التخزين الشبكي هو حيوان مختلف تمامًا. تحتاج إلى 20+ عمر سنة مما يعني 7000+ دورات كحد أدنى، ربما 10،000+ إذا كنت تقوم بدورات متعددة يوميًا. ولكن يمكنك تحمل كثافة طاقة أقل ويكون لديك مساحة أكبر لإدارة الحرارة. يعمل الاقتصاد بشكل مختلف-تصبح النفقات الرأسمالية أكثر أهمية بالنسبة إلى النفقات التشغيلية عندما تقوم بإطفاء الدين على مدى عقود.

لا أعرف ما يكفي عن أنواع البطاريات الجديدة لأقول الكثير من الفائدة. يتمتع كبريت الليثيوم- بدورة حياة رهيبة بسبب مكوك متعدد الكبريتيد، على الرغم من أن بعض الشركات تدعي أنها تمكنت من حل هذه المشكلة. قد تكون أنودات الليثيوم- المعدنية المقترنة بالإلكتروليتات الصلبة هي الطريق للأمام ولكن مشكلة التغصنات لم تختف بعد. وحتى إذا نجحت المواد، فإن توسيع نطاق تصنيع أي شيء جديد يستغرق 5-10 سنوات كحد أدنى. لذا، أيًا كان ما سيأتي بعد ذلك، فإننا سنظل عالقين في اختلافات أيونات الليثيوم لعقد آخر على الأقل.

بطاريات ليثيوم بوليمريقع في مكان ما بين-مرونة تعبئة أفضل من الخلايا الأسطوانية، ودورة حياة مماثلة لأيون الليثيوم-القياسي إذا حافظت على درجات حرارة معقولة. خيار لائق للمساحات الضيقة ولكن لا شيء ثوري.