ANN ARBOR – lithium-iontové baterie jsou dnes všude, používají se ve všem od mobilních telefonů a notebooků až po bezdrátové elektrické nářadí a elektromobily.
Ačkoli jsou nejrozšířenější technologií pro ukládání energie v mobilních zařízeních, mezi uživateli panuje mnoho nejasností ohledně nejlepších způsobů prodloužení životnosti lithium-iontových baterií.
Vědci z Michiganské univerzity prošli desítky vědeckých prací, uživatelských příruček výrobců i informací na webových stránkách zákaznické podpory a vytvořili seznam devíti osvědčených postupů pro prodloužení životnosti lithium-iontových baterií.
Devět klíčů k prodloužení životnosti lithium-iontových baterií. Image credit: Center for Sustainable Systems at U-M School for Environment and Sustainability.
„Minimalizací vystavení podmínkám, které urychlují degradaci, mohou baterie vydržet déle. A to má pozitivní dopad na životní prostředí, protože výroba baterií je zdrojem emisí skleníkových plynů a mnoha dalších znečišťujících látek,“ uvedl hlavní autor studie Greg Keoleian, ředitel Centra pro udržitelné systémy na Škole pro životní prostředí a udržitelnost U-M.
„Navíc existují významné finanční pobídky pro uživatele, aby se vyhnuli nepříznivým podmínkám, protože náklady na lithium-iontové baterie se mohou pohybovat od 5 % do více než 50 % ceny výrobku.“
Zjištění týmu U-M byla publikována 15. února v časopise Journal of Energy Storage.
Mnoho doporučených postupů se týká tří hlavních proměnných, které ovlivňují stav baterií: teploty, stavu nabití a proudu.
Níže uvádíme několik obecných pokynů výzkumníků z U-M pro maximalizaci životnosti lithium-iontových baterií a několik konkrétních doporučení výrobců:
- Při používání nebo skladování lithium-iontových baterií se vyhněte extrémním teplotám, a to jak vysokým, tak nízkým. Zvýšené teploty mohou urychlit degradaci téměř každé součásti baterie a mohou vést k významným bezpečnostním rizikům, včetně požáru nebo výbuchu. Pokud je notebook nebo mobilní telefon během nabíjení výrazně horký, odpojte jej ze zásuvky. Minimalizujte vystavení nízkým teplotám, zejména při nabíjení.
U elektromobilů téměř všichni výrobci uvádějí v návodech k obsluze varování před vysokými teplotami. Někteří z nich doporučují během horkého počasí parkovat ve stínu a nechat vozidlo připojené k síti, čímž umožní chladicímu systému baterie pracovat podle potřeby. Zapojení vozidla do zásuvky se doporučuje také v chladném počasí, aby mohl systém ohřevu baterie běžet na síťový proud.
- Minimalizujte dobu, kterou baterie stráví na 100 % nebo 0 % nabití. Extrémně vysoké i nízké „stavy nabití“ akumulátory zatěžují. Zvažte použití částečného nabíjení, které obnoví baterii na 80 % SoC, namísto 100 %. Pokud to není možné, odpojte zařízení od sítě, jakmile dosáhne 100 %.
Samsung a LG doporučují, aby se jejich telefony nabíjely, jakmile dosáhnou stavu nabití 20 %. Společnosti Nokia a Sony zmiňují možné poškození svých telefonů, pokud se zařízení nechá nabíjet po dosažení 100 %.
Tipy pro prodloužení životnosti lithium-iontových baterií v noteboocích. Image credit: Center for Sustainable Systems at U-M School for Environment and Sustainability.
Ve většině notebooků interní systém správy baterií ukončí nabíjení, jakmile zařízení dosáhne 100% stavu nabití, a nabíjení obnoví až po dosažení 95% SoC. I přesto mnoho výrobců notebooků varuje před ponecháním počítače připojeného k síti po dokončení nabíjení.
- Používání „rychlonabíječek“ je pohodlné, ale degraduje lithium-iontovou baterii rychleji než standardní nabíjení. Příliš rychlé vybíjení baterie také vede k její degradaci, a to mnoha stejnými mechanismy. U mobilních telefonů a notebooků může ke zpomalení vybíjení přispět snížení jasu obrazovky, vypnutí lokalizačních služeb a ukončení aplikací náročných na spotřebu energie.
- Někteří výrobci akumulátorového elektrického nářadí doporučují uživatelům neukládat baterie do nabíječky, zatímco jiní varují před úplným vybitím baterie. Někteří doporučují, aby při nabíjení akumulátoru byla minimální okolní teplota 32 F a maximální 104 stupňů.
- Vyvarujte se používání nebo skladování lithium-iontových akumulátorů v prostředí s vysokou vlhkostí a vyvarujte se mechanického poškození, například proražení.
Akumulátorový článek se skládá z kladné elektrody (katody), záporné elektrody (anody) a elektrolytu, který s každou elektrodou reaguje. Lithium-iontové baterie časem a používáním nevyhnutelně degradují. Týká se to téměř všech součástí, včetně anody, katody, elektrolytu, separátoru a sběračů proudu.
Existují dvě hlavní formy degradace baterie: slábnutí kapacity a slábnutí výkonu. Kapacitní degradace je pokles množství energie, kterou baterie dokáže uchovat, a výkonová degradace je pokles množství energie, kterou baterie poskytuje.
Prodloužení životnosti baterií snižuje náklady a zátěž životního prostředí spojenou s výrobou nových baterií – včetně spotřeby materiálu, dopadů těžby a emisí skleníkových plynů – a také s likvidací použitých baterií.
„Vzhledem k tomu, že odvětví mobilní elektroniky a elektrických vozidel stále rostou, budou mít i malá zlepšení v oblasti prodloužení životnosti významný přínos pro životní prostředí,“ napsali autoři článku v časopise Journal of Energy Storage.
Výzkumníci kromě akademické literatury, kterou prověřovali, zkoumali veřejně dostupné informace od výrobců a hledali návody, pokyny, varování nebo tipy týkající se používání a údržby lithium-iontových baterií.
Těmito společnostmi bylo 10 výrobců mobilních telefonů (Apple, Google, HTC, Huawei, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sony a ZTE), 10 výrobců notebooků (Acer, Apple, ASUS, Dell, HP, Lenovo, LG, Microsoft, Samsung a Toshiba), 4 výrobci elektrického nářadí (Bosch, DeWalt, Makita a Milwaukee Tool) a 10 výrobců elektrických vozidel (BMW, Chevrolet, Ford, Fiat, Honda, Hyundai, Kia, Mercedes-Benz, Nissan a Tesla).
Autory článku v časopise Journal of Energy Storage jsou kromě Keoleiana také Maxwell Woody, Maryam Arbabzadeh a Geoffrey Lewis z Centra pro udržitelné systémy U-M a Anna Stefanopoulou z Energetického institutu U-M.
Práci podpořila Koalice zodpovědných baterií, koalice společností, akademiků a organizací, které se zasazují o zodpovědné nakládání s bateriemi dneška a budoucnosti.
„Vzhledem k tomu, že národ a svět přechází na ekonomiku poháněnou bateriemi, je nanejvýš důležité, abychom prodloužili životnost všech typů baterií, zejména těch v našich osobních a nákladních automobilech,“ řekl Steve Christensen, výkonný ředitel Koalice pro zodpovědné baterie.
„Tato práce tak uznávané výzkumné instituce, jakou je Michiganská univerzita, je důležitým prvním krokem k vytvoření generační změny v tom, jak spotřebitelé používají baterie a jak s nimi zacházejí.“