Kernprincipes: Drie uitdagingen voor lithium-ionbatterijen bij lage temperaturen<\/h3>\n\n\n\n
Uitdaging 1: Elektrolyten "bevriezen", waardoor transportkanalen geblokkeerd raken<\/p>\n\n\n\n
De elektrolyt is het "transportkanaal" voor lithiumionen, vergelijkbaar met de "bloedvaten" van een lithiumbatterij. De vloeibaarheid ervan bepaalt direct de migratiesnelheid van lithiumionen. De viscositeit van de elektrolyt neemt sterk toe naarmate de temperatuur daalt \u2013 net zoals water dikker wordt en bevriest bij lage temperaturen. Bij lage temperaturen wordt de elektrolyt stroperig, kan zelfs gedeeltelijk stollen, waardoor de ionengeleidingssnelheid aanzienlijk afneemt en in sommige gevallen de kanalen volledig "blokkeert".<\/p>\n\n\n\n
Dit is alsof een brede, gladde weg plotseling verandert in een modderig pad; de "transporteurs" (lithiumionen) hebben moeite om zich te verplaatsen, hun effici\u00ebntie neemt sterk af en de energieopbrengst van de batterij daalt vanzelfsprekend.<\/p>\n\n\n\n
Uitdaging 2: Lithiumionen worden traag, in- en uitrijden van overslagstations wordt moeilijk.<\/p>\n\n\n\n
De positieve en negatieve elektroden van een lithiumbatterij fungeren als 'transferstations' voor lithiumionen. Tijdens het laden moeten lithiumionen zich in de negatieve elektrode nestelen, en tijdens het ontladen moeten ze er weer uit worden gehaald. Dit proces vereist het overwinnen van een bepaalde 'weerstand', die gewoonlijk 'ladingsoverdrachtsweerstand' wordt genoemd. Volgens de Arrheniusvergelijking geldt dat hoe lager de temperatuur, hoe trager de chemische reactiesnelheid en hoe lager de effici\u00ebntie van de in- en uitstroom van lithiumionen, wat resulteert in een aanzienlijke toename van de ladingsoverdrachtsweerstand. Simpel gezegd: lage temperaturen maken lithiumionen 'lui'; zelfs als de kanalen niet volledig geblokkeerd zijn, zijn ze niet bereid de moeite te nemen om het 'transferstation' binnen te gaan of te verlaten. Hierdoor kunnen sommige lithiumionen niet deelnemen aan de energieoverdracht, wat de batterijcapaciteit vermindert.<\/p>\n\n\n\n
Uitdaging 3: De SEI-film wordt dikker en er kunnen gevaarlijke dendrieten groeien.<\/p>\n\n\n\n
Tijdens de eerste lading van een lithiumbatterij vormt zich een dunne, vaste elektrolyt-interfase (SEI)-film op het oppervlak van de negatieve elektrode. Deze film fungeert als een "beschermend schild" dat voorkomt dat de elektrolyt reageert met de negatieve elektrode, terwijl lithiumionen er wel soepel doorheen kunnen, wat cruciaal is voor de levensduur van de batterij. Lage temperaturen kunnen dit "beschermende schild" echter beschadigen: enerzijds verminderen lage temperaturen de stabiliteit van de SEI-film, waardoor sommige componenten breken en de weerstand tegen de doorgang van lithiumionen toeneemt; anderzijds kan de snelheid waarmee lithiumionen zich in de negatieve elektrode nestelen tijdens het laden bij lage temperaturen de afzettingssnelheid niet bijhouden, waardoor overtollige lithiumionen metallisch lithium neerslaan op het oppervlak van de negatieve elektrode en "lithiumdendrieten" vormen. Tegelijkertijd zullen de reactieproducten tussen lithium en de elektrolyt zich afzetten op de SEI-film, waardoor deze dikker wordt en het transport van lithiumionen verder wordt belemmerd. Nog gevaarlijker is dat lithiumdendrieten blijven groeien en, zodra ze de SEI-film en de batterijscheider doorboren, een directe kortsluiting tussen de positieve en negatieve elektroden veroorzaken. Dit leidt tot oververhitting, bolling en zelfs verbranding of explosie van de batterij. Dit is de belangrijkste reden voor de veiligheidsrisico's van opladen bij lage temperaturen. Bovendien is de verdikking van de SEI-film onomkeerbaar. Langdurig gebruik in omgevingen met lage temperaturen verkort de levensduur van de batterij aanzienlijk: een batterij die oorspronkelijk 1000 keer kon worden opgeladen en ontladen, kan bij langdurig gebruik bij lage temperaturen nog maar ongeveer 500 keer worden opgeladen en komt dan voortijdig in de "verouderingsperiode" terecht.\u201c<\/p>\n\n\n\n Veel mensen maken zich zorgen dat de snelle ontlading van de batterij in de winter de batterij permanent kan beschadigen. Er is geen reden tot overmatige paniek. Degradatie van lithiumbatterijen door lage temperaturen valt in twee categorie\u00ebn: omkeerbare degradatie en onomkeerbare degradatie, die wezenlijk van elkaar verschillen.<\/p>\n\n\n\n Omkeerbare degradatie is het meest voorkomende type, voornamelijk veroorzaakt door lage temperaturen die de viscositeit van de elektrolyt verhogen, de migratie van lithiumionen vertragen en de ladingsweerstand verhogen. Dit type degradatie is vergelijkbaar met een "winterslaap"; door de batterij simpelweg naar kamertemperatuur (20-25\u2103) te brengen en deze een tijdje te laten staan, kan de elektrolyt zijn vloeibaarheid terugkrijgen, de lithiumionen hun activiteit hervatten en de capaciteit en prestaties van de batterij in wezen terugkeren naar normale niveaus, zonder de levensduur van de batterij te be\u00efnvloeden.<\/p>\n\n\n\n Onomkeerbare degradatie wordt daarentegen voornamelijk veroorzaakt door langdurig laden en ontladen bij lage temperaturen, wat leidt tot overmatige verdikking van de SEI-film, de groei van lithiumdendrieten of onomkeerbare ontbinding van het elektrolyt. Dit type degradatie is permanent, alsof de batterij "beschadigd" is. Zelfs na terugkeer naar kamertemperatuur kan de capaciteit niet volledig worden hersteld en versnelt dit na verloop van tijd de veroudering van de batterij.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" In winter, one of the biggest headaches for new energy vehicle owners is the reduced range after a full charge; outdoor energy storage devices struggle to even guarantee basic power supply. This isn’t battery “aging” or a quality issue, but rather a “normal reaction” of lithium batteries in low-temperature environments\u2014low temperatures directly lead to capacity […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":2788,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-2787","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-news"],"yoast_head":"\n<\/figure>\n\n\n\n
Belangrijk onderscheid: Afbraak bij lage temperaturen \u2013 Omkeerbaar of onomkeerbaar?<\/h3>\n\n\n\n