Hayat kitaran ialah berapa banyak kitaran-nyahcas yang dilalui oleh bateri sebelum ia merosot kepada beberapa tahap kapasiti yang telah ditetapkan. Biasanya itu 80%, walaupun saya telah melihat spesifikasi di seluruh tempat-70% untuk beberapa aplikasi automotif, 85% untuk yang lain. Ambang itu sendiri adalah jenis sewenang-wenangnya dan lebih berkaitan dengan pengiraan waranti daripada sebarang sifat asas kimia bateri.
Mengapa bateri merosot
Lapisan SEI pada anod grafit mungkin merupakan mekanisme degradasi yang paling banyak dikaji dalam bateri-ion litium. Apabila anda mula-mula mengecas sel, elektrolit terurai di permukaan anod dan membentuk filem pepejal ini-kebanyakannya litium karbonat, beberapa litium fluorida jika anda menggunakan garam LiPF6, pelbagai spesies organik. Lapisan ini harus stabil selepas beberapa kitaran. ia tidak. Ia terus berkembang, perlahan-lahan, memakan litium yang sepatutnya berbasikal. Saya bekerja pada projek beberapa tahun lalu cuba menstabilkan SEI dengan bahan tambahan elektrolit. FEC (fluoroethylene carbonate) membantu, VC (vinylene carbonate) membantu lebih banyak lagi. Tidak ada yang menyelesaikannya sepenuhnya.
Katod{0}}nikel tinggi retak. NMC811, iaitu 80% nikel, 10% mangan, 10% kobalt, mengalami perubahan volum besar-besaran semasa berbasikal-jauh lebih banyak daripada komposisi NMC111 atau NMC523 yang lebih lama. Zarah-zarah itu benar-benar retak. Anda boleh melihatnya di bawah SEM selepas beberapa ratus kitaran. CATL mendapati sekitar tahun 2019 bahawa jika anda mensintesis zarah kristal-tunggal dan bukannya agregat polihabluran yang dibuat oleh semua orang, anda menghapuskan kebanyakan keretakan kerana tiada sempadan butiran. Kedengarannya jelas sekarang tetapi mendapatkan parameter sintesis tepat pada skala mengambil masa bertahun-tahun. Saya rasa BYD melakukan sesuatu yang serupa dengan bateri Blade mereka tetapi mereka tidak banyak menerbitkan tentang pemprosesan katod mereka.
Suhu penting lebih daripada segala-galanya, secara jujur. Untuk setiap kenaikan 10 darjah anda kira-kira menggandakan kadar penuaan. Ini tidak tepat-mekanisme yang berbeza mempunyai tenaga pengaktifan yang berbeza-tetapi ia cukup hampir untuk anggaran kejuruteraan. Pek yang berjalan pada purata 35 darjah akan bertahan lebih lama daripada satu pek pada 45 darjah. Tesla belajar ini lebih awal dengan Roadster. Kereta mereka yang terkemudian mempunyai pengurusan terma yang agak agresif, ia akan menyejukkan walaupun apabila diletakkan jika pek menjadi terlalu panas.
Sejuk pelik. Kimia degradasi menjadi perlahan, itu bagus. Tetapi anda mendapat rintangan yang lebih tinggi dan jika anda cuba mengecas terlalu cepat anda akan menyadurkan litium pada anod, yang sangat teruk. Mendapan litium adalah kehilangan kapasiti yang tidak dapat dipulihkan dan jika ia tumbuh menjadi dendrit, anda boleh mendapat kekurangan dalaman. Kebanyakan EV tidak membenarkan anda mengecas pantas DC di bawah 0 darjah atas sebab ini.
Kedalaman pelepasan
Terdapat kesan yang terkenal-di mana berbasikal cetek memanjangkan hayat. Jika anda hanya menggunakan 40% daripada kapasiti bateri dan bukannya 100%, anda mungkin menggandakan hayat kitaran. Mungkin lebih. Mekanismenya tidak begitu jelas. Perubahan volum yang lebih kecil dalam elektrod mungkin membantu. Mengelakkan potensi elektrod yang melampau di mana tindak balas sampingan mempercepatkan pasti membantu. Tetapi tiada siapa yang benar-benar memahami sumbangan tepat setiap faktor.
Setiap EV menyembunyikan beberapa kapasiti daripada anda. Apabila papan pemuka anda menyatakan 0% anda mungkin berada pada 5% SOC sebenar. Apabila ia mengatakan 100% anda berada pada 95% atau mungkin 90%. Pengilang tidak menerbitkan nombor ini. Saya cuba membalikkan-merekanya pada Bolt lama saya dengan melihat data BMS melalui bas CAN tetapi jadual penentukuran disulitkan.
Menguji isu garis masa
Tiada siapa yang mahu menunggu 3-4 tahun untuk mengesahkan reka bentuk bateri. Jadi kami melakukan ujian dipercepatkan-suhu yang lebih tinggi, kadar berbasikal yang lebih pantas. Masalahnya ialah tidak semua mekanisme degradasi mempercepatkan dengan cara yang sama. Ada yang buat, ada yang tidak. Pecutan suhu berfungsi dengan baik untuk kebanyakan proses kimia. Kadar pecutan adalah samar. Dan terdapat mod kegagalan yang hanya muncul selepas masa kalendar lanjutan yang anda tidak boleh memecut sama sekali.
Perkara ramalan ML baru-baru ini menarik. Anda memasukkan data kitaran awal ke dalam model dan ia meramalkan-kapasiti jangka panjang pudar. Stanford menerbitkan beberapa kerja mengenai perkara ini pada tahun 2019, Carnegie Mellon telah melakukan perkara yang sama. Ia berfungsi dengan baik pada sel yang mereka latih. Generalisasi adalah masalahnya. Tukar komposisi katod atau perumusan elektrolit dan anda perlu melatih semula dengan data baharu, yang jenis ini akan mengalahkan tujuan jika anda cuba meramalkan jangka hayat reka bentuk baharu.
Kimia yang berbeza
LFP mempunyai hayat kitaran yang lebih baik daripada NMC, tempoh. Anda boleh mendapatkan 3000-5000 kitaran dengan mudah, kadangkala lebih. Penalti ketumpatan tenaga adalah kejam walaupun-anda menyerah 30-40% berbanding NMC nikel tinggi. Pengilang China memutuskan pertukaran ini masuk akal untuk EV yang lebih murah di mana orang ramai tidak memerlukan jarak 300+ batu. BYD, CATL, semua orang di sana melakukan LFP untuk kenderaan jarak standard. OEM Barat lebih perlahan untuk mengguna pakainya. Perbezaan budaya atau perbezaan pasaran atau kedua-duanya, saya tidak pasti.
Ion natrium-sepatutnya mempunyai hayat kitaran yang serupa dengan LFP berdasarkan apa yang didakwa CATL dan Natron, tetapi ia hanya berada dalam pengeluaran selama setahun jadi siapa tahu apa yang berlaku selepas 5+ tahun dalam bidang tersebut.
Keadaan pepejal-terus menjanjikan hayat kitaran yang lebih baik kerana tiada elektrolit cecair bermakna antara muka yang lebih stabil. Tetapi mereka tetap tidak tersedia secara komersial. QuantumScape telah "dua tahun lagi" selama kira-kira enam tahun sekarang. Rintangan antara muka, kehilangan sentuhan semasa berbasikal, dendrit litium dalam sesetengah reka bentuk-masalah ini lebih sukar daripada yang difikirkan oleh sesiapa sahaja. Mungkin elektrolit sulfida akan berfungsi lebih baik daripada oksida. Data yang keluar dari Jepun mencadangkan mungkin.
Penuaan kalendar
Ini sering diabaikan tetapi ia besar untuk kenderaan yang tidak banyak dipandu. Bateri anda merosot hanya duduk di sana. Suhu penyimpanan dan SOC kedua-duanya penting. Kes terburuk ialah pengecasan 100% pada suhu tinggi-anda akan kehilangan berbilang mata peratusan setahun tanpa melakukan apa-apa. 40% SOC pada suhu bilik adalah storan optimum tetapi jelas tidak praktikal untuk kereta yang sebenarnya anda gunakan.
Penyimpanan grid adalah haiwan yang sama sekali berbeza. Anda memerlukan 20+ tahun sepanjang hayat yang bermaksud 7000+ kitaran minimum, mungkin 10,000+ jika anda melakukan berbilang kitaran setiap hari. Tetapi anda boleh bertolak ansur dengan ketumpatan tenaga yang lebih rendah dan anda mempunyai lebih banyak ruang untuk pengurusan haba. Ekonomi berfungsi secara berbeza-CAPEX lebih penting berbanding OPEX apabila anda melunaskan selama beberapa dekad.
Saya tidak tahu cukup tentang jenis bateri baharu untuk mengatakan sangat berguna. Litium-sulfur masih mempunyai hayat kitaran yang teruk kerana pengangkutan ulang-alik polisulfida, walaupun sesetengah syarikat mendakwa mereka telah menyelesaikannya. Anod logam litium-yang dipasangkan dengan elektrolit pepejal mungkin merupakan laluan ke hadapan tetapi masalah dendrit masih belum hilang. Dan walaupun bahan itu berfungsi, meningkatkan pengeluaran sesuatu yang baharu mengambil masa minimum 5-10 tahun. Jadi apa sahaja yang akan datang, kami terperangkap dengan variasi litium-ion untuk sekurang-kurangnya satu dekad lagi.
Saya tidak tahu cukup tentang jenis bateri baharu untuk mengatakan sangat berguna. Litium-sulfur masih mempunyai hayat kitaran yang teruk kerana pengangkutan ulang-alik polisulfida, walaupun sesetengah syarikat mendakwa mereka telah menyelesaikannya. Anod logam litium-yang dipasangkan dengan elektrolit pepejal mungkin merupakan laluan ke hadapan tetapi masalah dendrit masih belum hilang. Dan walaupun bahan itu berfungsi, meningkatkan pengeluaran sesuatu yang baharu mengambil masa minimum 5-10 tahun. Jadi apa sahaja yang akan datang, kami terperangkap dengan variasi litium-ion untuk sekurang-kurangnya satu dekad lagi.
Bateri polimer litiumduduk di suatu tempat di antara-fleksibiliti pembungkusan yang lebih baik daripada sel silinder, hayat kitaran setanding dengan ion litium-standard jika anda mengekalkan suhu yang munasabah. Pilihan yang baik untuk ruang yang terhad tetapi tiada yang revolusioner.
