Degradacja baterii jednym z naszych największych problemów

[salto]

Jak zauważył @

Haze, firma Tesla nie odkryła tajemnego kręgu mocy. Z tym samym problemem spotykamy się i my, wybierając w sklepie pomiędzy ogniwem wysokoenergetycznym a wysokoprądowym. Producenci nam ten wybór ostatnio ułatwiają produkując ogniwa pośrednie (patrz wyniki LG HG2).

Katoda ogniwa nie jest monolitem. Składa się z trzech wartw, z czego jedna jest aktywna. Oznaczenie na ogniwie (IMR, ICR, ...) wskazuje materiał tej warstwy, nazywany przez pogan "battery chemistry". W ramach jednego materiału aktywnej warstwy katody, producent ogniwa podejmuje decyzję (albo i nie) o strukturze geometrycznej tej warstwy, zwanej mikrostrukturą elektrody, w domyśle katody. I to ona ma głównie wpływ na różnice, którą Haze obserwuje w testach. Dodatkowo ogniwa "kiepskie" od ogniw "dobrych" róznią się tym, że wyprodukował je ktoś nie mający pojęcia lub mający czarny pas w inżynierii mikrosturkturalnej elektrod. Poniższe rysunki zaczerpnąłem z (Chung i in., 2014):

Obraz jest wart więcej niż tysiąć słów. Wracając do meritum, to Tesla wkłada więcej ogniw o większej pojemności do paczki. Stąd waga i pojemność przy tym samym ciagłym prądzie rozładowania. To, że zalecają niepełne ładowanie, to jest przerzuceniem na kierowcę problemu, który mają nie tylko oni. NASA, ESA i Roskosmos odcinają ładowanie ogniw litowo-jonowych w satelitach przy ~3.9V, z tego samego powodu. W NASA wykryli ponadto, przy okazji tego nowego programu eksploracji Marsa, że nie warto ładować ich ponad 4.1V (Smart i in., 2014). Oraz nie od dziś wiadomo, że im chłodniej tym lepiej. Nie wiem, kto to wykrył. Tesla tylko kopiuje znane rozwiązania. Innymi słowy zajmuje się komercjalizacją wyników badań naukowych.

(Chung i in., 2014) Ding-Wen Chung, Paul R. Shearing, Nigel P. Brandon, Stephen J. Harris, and R. Edwin Garc: Particle Size Polydispersity in Li-Ion Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 161(3) A422-A430 (2014)

(Smart in., 2014) M.C. Smart, B.V. Ratnakumar, L.D. Whitcanack, F.J. Puglia, S.Santee, and R. Gitzendanner: Performance Testing of Yardney Li-ion Cells and Batteries in Support of Future NASA Missions, American Institute of Aeronautics and Astronautics (2014)

Edit: myśląc tylko o ogniwach, nie do końca uczciwie oceniłem Teslę, otóż sponsorują oni badania przemysłowe (np. nad pociągami) oraz prowadzą własne eksperymenty (np. nad lądowaniem rakiety na platformie). Być może do ogniw - tym samym do EIN - wniosą też jakiś wkład, co jest wysoce prawdopodbne, gdyż wydaje isę, że na poważnie zajęli się motoryzacją.

[Haze]

W rozmiarze 26650 potrafią oddać 200A prądu do 10 sekund i spokojnie 70A przy ciągłej pracy.

Co do tego oddawania to warto też dodać, że energii oddadzą niewiele ponad połowę tego co zwykłe LiMn.

[adrian_jajo]

Polecam zainteresować się ogniwami LiFePO4 np. modelem ANR26650M1B firmy A123. Takie ogniwa nie wybuchają w przypadku zwarcia, a ich pojemność po 1000 cykli sięga ponad 80%. Idealnie nadają się do modów mechanicznych. W rozmiarze 26650 potrafią oddać 200A prądu do 10 sekund i spokojnie 70A przy ciągłej pracy.

[SzamanDM]

Moje 3 grubasy fioletowe Efesty wytrzymały jakieś niecałe dwa lata. 3 używane naprzemiennie. Używane w okolicach 50W, 0,6ohm. Już zaczął się czas łażenia z dodatkową baterią. Zbyt częste wymiany zaczynają denerwować. Ciągła kontrola wskaźnika baterii. Jednym słowem czas na wymianę.
Teraz mam Golisi. Też 3. Przy moich zwykłych parametrach chmurzenia w pierwszym cyklu jedna z nich wytrzymała ok. 15 godzin. Ponad 300 sztachów. Z doświadczenia wiem, że jeszcze się pewni rozbujają i wyniki będą lepsze, a po ok. 2-3 latach znów wymiana.
Efesty nadal działają ale komfort używania znacznie spadł. Gdybym się uparł to może do lata bym z nimi wytrzymał.

[tomgrim2]

W większości przypadków boxy rozładowują ogniwa do 3,2 - 3,3 V. Gdy box odmawia już podawania napięcia na grzałkę a w ładowarce pokazuje mi, że ogniwo ma np. 3,5 V jest to znak dla mnie, że czas najwyższy odesłać je na emeryturę.
Nie pozbywam się jednak całkowicie takich ogniw, doskonale sprawdzają się nadal jako zasilania power banków czy latarek.

[Vukotich]

Nie wiem czy piszę we właściwym miejscu, natomiast temat degradacji baterii wydaje mi się współgrać z moim pytaniem.
Mianowicie - Kiedy przestajecie używać danego akumulatora? Kiedy i po czym stwierdzacie, że czas by odszedł do krainy "wiecznego nienaładowania"?
Czy jedynym wyznacznikiem jest już krótkie trzymanie akusa, czy może jakoś sobie z grubsza obliczacie, że przeżył swoje np. 500 cykli, dalsze użytkowanie jest np. ryzykowne i z łezką w oku mówicie mu pa pa?

[slaviop]

Reklama dźwignią handlu. Myślę że to tylko przechwałki. Na konkretne ogniwa musimy jeszcze poczekać. Na ich miejscu szedłbym raczej w ogniwa paliwowe. SF czasami wyprzedza rzeczywistość. Tak było w przypadku telefonów komórkowych i tv. Czas pokaże co jeszcze wymyślą. Ja chcę taki akumulator co po jednym szybkim naładowaniu wytrzyma mi z 3 miesiąca i sam naładuje się wykorzystując ciepłotę mojego ciała. Póki co czekam na nowości.

Pisane mobilnie...

[Tommy Black]

...ale czy rzeczywiście gra jest warta świeczki i zbilansuje się to in plus?

No rzeczywiście, dobre pytanie ale retoryczne. Szkoda, bo bardzo już liczyłem na jakiś fajny "własny" patent na baterie skoro ich producenci chyba śpią....

PS. Tommy, widziałeś ten artykuł? https://solsum.pl/przejechalem-100-000k ... nym-tesla/

Oooooo, wielkie dzięki, świetnie napisane. Czemu ja info o Tesli szukam na zagranicznych stronach, skoro u nas tak fajnie pisują?
Ten artykuł ostatecznie przekonał mnie że muszę kupić tę Teslę.
Te różne bajery, tempomat, czujnik zderzeniowy, asystent parkowania, kamery, to ja w swoim aucie mam. Ale cholera, nie mam radaru. A tam napisano że ten radar widzi to czego człowiek nie widzi. Czyli to nareszcie coś dla mnie.To był ten języczek u wagi wlaśnie którego mi brakowało.
A przy okazji. Czemu Tesla nie ma tak jak my? Kończy się bateria, wymieniamy. Zadzwonię dziś do Elona i zaproponuję mu wymienną podłogę z akumulatorami. Podjeżdża się na stację, wymienia podlogę i jedzie dalej, a tę zostawioną, stacja ładuje i znów ktoś podjeżdża...itd.
Myślę że Elon za ten pomysł da mi kilka roadsterów, wtedy @

Haze, jednego dam Tobie. Niestety,nie da się Tesli kupić od ręki. Chciał szybko kupić też Bill ( Gates), zadzwonil nawet do Elona, ale ten odpowiedział: sorry Bill, kolejka is kolejka.

[basika]

Ciekawa natomiast jest teza, że aby wydłużyć żywotność ogniwa najlepiej ładować je do 70%.

Haze ja od razu się przyznaję, że kompletnie się na tym nie znam, ale czy gdy czytamy, że ogniwo wytrzymuje 500-600 ładowań, a potem traci pojemność, to może właśnie chodzi o naładowanie na maksa, czyli 100 % ?
Ja już gdzieś czytałam i nie wiem czy to prawda, że ogniwa mają dłuższą żywotność, jeśli są często tylko podładowane. I to by nawet zagrało z tezą, że lepiej je ładować do 70 %
Ciekawe zagadnienie i warto to wiedzieć, bo sprawne i długo żyjące akumulatorki są nam niezbędne

[Haze]

Trochę odkrywają Amerykę. Bo od dawna wiadomo, że dobre ogniwo wytrzymuje 500-600 ładowań, a potem traci pojemność w tempie mniej lub bardziej ekspresowym. Ta reguła sprawdza się w laptopach (tam często siedzą 18650), telefonach, itd. Można poczytać o tym np. TUTAJ, przy czym kluczowe jest stwierdzenie:

Lithium- and nickel-based batteries deliver between 300 and 500 full discharge/charge cycles before the capacity drops below 80 percent.

Tak więc ogniwa Tesli S, która na ładowaniu przejeżdża średnio 500 km pociągną ze dwa razy dłużej (jakieś 250-300 tys. km) niż Nissana Leafa (jakieś 120-150 tys. km), który ma zasięg około 250 km, bo trzeba je będzie ładować dwa razy rzadziej. A potem ich pojemność szybko spadnie do 80% i niżej, bo niestety ten "trend" o którym gdybają w artykule to tylko pobożne życzenia.
Przy czym oczywiście większy zasięg Tesli nie wynika z tego, że Elon jest czarodziejem tylko stąd, że Tesla ma blisko TRZY razy większą pojemność baterii niż Nissan (85 kWh vs 30 kWh), musi mieć bo jest cięższa, między innymi właśnie przez te baterie.

Ciekawa natomiast jest teza, że aby wydłużyć żywotność ogniwa najlepiej ładować je do 70%. Już mniejsza o to jak wyznaczyć to 70%, ale trzeba pamiętać że gdybyśmy tak ładowali baterie i normalnie z nich korzystali musielibyśmy je ładować tak koma-circa 50% CZĘŚCIEJ (np. nie 10x w miesiącu tylko 15x), a ilość ładowań, jak wspomniałem wcześniej, wprost przekłada się na zużycie ... Oczywiście w takiej łagodnie traktowanej bateryjce procesy degradacji elektrolitu są mniej intensywne, i pewnie stąd ta teza, ale czy rzeczywiście gra jest warta świeczki i zbilansuje się to in plus? Może są jacyś chętni do testów? Wystarczy wziąć po kilka sztuk baterii i jedną grupę 600 razy rozładować i naładować do 100%, a drugą grupę 600 razy rozładować i naładować do 70%...

PS. Tommy, widziałeś ten artykuł? https://solsum.pl/przejechalem-100-000km-samochodem-elektrycznym-tesla/