Литиевые батареи теряют заряд, даже когда они не используются активно, и понимание этого явления является ключевым для оптимизации хранения и долговечности батарей. Литий-ионная технология произвела революцию в области хранения энергии, обеспечив энергией все - от смартфонов до электромобилей. Однако если Вы когда-нибудь замечали, что Ваша батарея, кажется, теряет заряд, несмотря на то, что она простаивает, значит, в дело вступают глубинные химические реакции и условия хранения. В этой статье мы рассмотрим научные причины того, почему литиевые батареи теряют заряд, когда их не используют, изучим последствия хранения батарей при различных уровнях заряда и предложим лучшие методы поддержания оптимальной работы батареи в течение долгого времени.

Химические реакции в неиспользованном виде Литиевые батареи 

Когда литиевая батарея остается неиспользованной в течение длительного времени, происходит несколько медленных, но устойчивых химических реакций:

• Саморазряд и разложение электролита:
  Все батареи испытывают саморазряд - естественное явление, при котором заряд постепенно теряется. В литиевых батареях электролит может со временем разлагаться, что приводит к уменьшению доступного заряда. Этот процесс разложения ускоряется при высоких температурах, что приводит к снижению производительности.

• Формирование и рост слоя SEI:
  Слой интерфейса твердого электролита (SEI) образуется на аноде во время начального использования батареи. Хотя стабильный SEI полезен, нестабильный или слишком толстый SEI - часто возникающий в результате длительного бездействия - может препятствовать потоку литий-иона, что еще больше снижает емкость и эффективность батареи.

• Литиевое покрытие:
  В некоторых условиях, особенно когда аккумулятор хранится при высоком уровне заряда, литий может оседать или "пластинами" на поверхности электродов. Это явление не только способствует потере емкости, но и может увеличить внутреннее сопротивление и, в тяжелых случаях, привести к проблемам с безопасностью.

Влияние длительного бездействия на здоровье батареи

Если оставить литиевые батареи на длительное время без использования, это может привести к нескольким пагубным последствиям:

• Вместимость Fade:
  Со временем внутренние химические реакции снижают максимальную емкость батареи. Даже когда аккумулятор не используется активно, эти реакции постепенно ухудшают его общую способность держать заряд.

• Повышенное внутреннее сопротивление:
  По мере накопления нежелательных химических побочных продуктов внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться. Это делает его менее эффективным при передаче энергии, когда он в конце концов снова будет введен в эксплуатацию.

• Опасения по поводу безопасности:
  В крайних случаях длительное бездействие в сочетании с неподходящими условиями хранения (например, при высоких температурах) может увеличить риск вздутия или даже теплового разряда, хотя при правильном хранении такие случаи редки.

Влияние уровней заряда аккумулятора: Заряженный и незаряженный

То, как хранится литиевая батарея - полностью заряженная, частично заряженная или полностью разряженная, - оказывает значительное влияние на ее долговечность:

• Полностью заряженные аккумуляторы:
  Хранение аккумуляторов при заряде 100% может ускорить деградацию из-за более высокого внутреннего напряжения, которое способствует химическим реакциям, таким как окисление электролита. Это может привести к утолщению слоя SEI и более быстрому снижению емкости со временем.

• Полностью разряженные аккумуляторы:
  И наоборот, если оставить батарею в глубоко разряженном состоянии, это может привести к состоянию, известному как "чрезмерный разряд", когда напряжение батареи падает слишком низко, чтобы восстановиться. Это может привести к необратимым химическим изменениям, которые сделают батарею непригодной для использования.

• Оптимальный заряд для хранения:
  Эксперты обычно рекомендуют хранить литиевые батареи при температуре около Зарядка от 40% до 60%. Это среднее состояние минимизирует нагрузку на химический состав батареи и помогает продлить срок ее службы.

Узнайте больше об оптимальных уровнях заряда батареи из ресурсов, предоставленных Министерством энергетики США: Руководство DOE по хранению энергии в аккумуляторах.

Оптимальные условия и продолжительность хранения

Как долго можно хранить литиевые батареи?

При правильном хранении литиевые батареи могут сохранять приемлемые характеристики в течение 2-3 года. Однако даже в идеальных условиях происходит естественная деградация из-за саморазряда и химического старения.

Ключевые факторы, влияющие на аккумуляторы:

• Температура:
  Низкие температуры обычно замедляют химические реакции. Хранение батарей в прохладной, стабильной среде необходимо для снижения скорости деградации. Однако экстремальный холод может повлиять на производительность после повторной активации.

• Влажность:
  Высокий уровень влажности может привести к коррозии внутренних компонентов. Лучше всего хранить батареи в сухом помещении с контролируемой влажностью.

• Штат сотрудников:
  Как уже говорилось, поддержание уровня заряда 40-60% является оптимальным для минимизации химического стресса и продления срока службы батареи.

• Среда хранения:
  Избегайте прямых солнечных лучей, колебаний температуры и мест, подверженных образованию конденсата. Для долгосрочного хранения идеально подходит хранилище с климат-контролем.

Для получения дополнительной технической информации о факторах долговечности аккумуляторов, ScienceDirect предлагает исчерпывающий обзор по долговечности литий-ионных аккумуляторов: ScienceDirect о старении аккумуляторов.

Лучшие методы хранения неиспользованных литиевых батарей

Чтобы максимально увеличить срок службы и производительность литиевых батарей, соблюдайте следующие рекомендации:

• Поддерживайте оптимальный заряд:
  Перед хранением заряжайте батареи до температуры от 40% до 60%. Такой баланс снижает нагрузку на батарею и уменьшает риск перезаряда и разряда.

• Храните в прохладном, сухом месте:
  Идеальная температура хранения обычно находится в диапазоне от 15°C до 25°C (от 59°F до 77°F). Избегайте высоких температур, которые могут ускорить разрушение, и экстремально низких температур, которые могут повлиять на химический состав батареи.

• Регулярно контролируйте и восстанавливайте:
  Если батареи хранятся несколько месяцев или дольше, периодически проверяйте их напряжение. Подзарядка до оптимального уровня, когда это необходимо, может предотвратить глубокий разряд и продлить общий срок службы батареи.

• Используйте защитную упаковку:
  Храните батареи в антистатических, влагостойких контейнерах. Это защитит от воздействия факторов окружающей среды и снизит риск случайного повреждения.

• Маркируйте и организуйте:
  Для предприятий, где используется несколько батарей, маркировка каждой батареи с указанием даты хранения и уровня заряда поможет отслеживать и эффективно управлять процессом старения.

Часто задаваемые вопросы (FAQs)

Q1: Что заставляет литиевые батареи терять заряд, когда они не используются?
A1: Литиевые батареи теряют заряд из-за саморазряда и химических реакций, таких как разложение электролита и образование слоя SEI. Эти процессы происходят естественным образом, даже когда батарея находится в режиме ожидания.

Вопрос 2: Каков рекомендуемый уровень заряда для хранения литиевых батарей?
A2: Лучше всего хранить литиевые батареи в Зарядка 40-60%. Этот уровень минимизирует нагрузку на химический состав батареи и помогает снизить ее деградацию со временем.

Q3: Как долго можно хранить литиевые батареи без существенной потери производительности?
A3: В оптимальных условиях - в прохладной и сухой среде при надлежащем уровне заряда - литиевые батареи могут храниться в течение 2-3 года прежде чем произойдет заметная потеря емкости.

Вопрос 4: Как температура влияет на хранение литиевых батарей?
A4: Высокие температуры ускоряют химические реакции, что приводит к более быстрому разрушению, в то время как низкие температуры замедляют эти реакции. Однако экстремально низкие температуры также могут повлиять на работу батареи при повторном включении.

Q5: Следует ли хранить литиевую батарею полностью заряженной или полностью разряженной?
О5: Ни то, ни другое не является идеальным. Хранение полностью заряженной батареи может привести к перезаряду, а полностью разряженная батарея рискует переразрядиться. Оптимальным для хранения является частичный заряд около 40-60%.

Заключение

В целом, литиевые батареи теряют заряд при неиспользовании из-за присущего им саморазряда и протекающих химических реакций. На процесс деградации влияют такие факторы, как температура хранения, влажность и состояние заряда батареи. Поддерживая оптимальный уровень заряда батарей (40-60%) и храня их в контролируемых условиях, Вы можете значительно продлить срок их службы и обеспечить надежную работу в случае необходимости.