ANN ARBOR – A lítium-ion akkumulátorok manapság mindenütt jelen vannak, a mobiltelefonoktól a laptopokon át a vezeték nélküli elektromos szerszámokig és az elektromos járművekig mindenben használják őket.
És bár ezek a mobil energiatárolás legszélesebb körben alkalmazott technológiája, a felhasználók körében sok a zavar a lítium-ion akkumulátorok élettartamának meghosszabbítására vonatkozó legjobb módszerekkel kapcsolatban.
A tisztánlátás érdekében a Michigani Egyetem kutatói tudományos cikkek és a gyártók felhasználói kézikönyvei, valamint az ügyfélszolgálati weboldalakon található információk alapján összeállítottak egy listát a lítium-ion akkumulátorok élettartamának meghosszabbítására vonatkozó kilenc legjobb gyakorlatról.
Kilenc kulcs a lítium-ion akkumulátorok élettartamának meghosszabbításához. Image credit: Center for Sustainable Systems at U-M School for Environment and Sustainability.
“A lebomlást felgyorsító körülményeknek való kitettség minimalizálásával az akkumulátorok hosszabb élettartamúak lehetnek. Ez pedig pozitív hatással van a környezetre, mivel az akkumulátorok gyártása az üvegházhatású gázok és számos más szennyezőanyag kibocsátásának forrása” – mondta a tanulmány vezető szerzője, Greg Keoleian, az U-M School for Environment and Sustainability fenntartható rendszerekkel foglalkozó központjának igazgatója.
“Emellett a felhasználók számára jelentős pénzügyi ösztönzők vannak a kedvezőtlen körülmények elkerülésére, mivel a lítium-ion akkumulátorok költsége a termék árának 5%-tól több mint 50%-ig terjedhet.”
A U-M kutatócsoport eredményeit február 15-én tették közzé a Journal of Energy Storage című folyóiratban.
A javasolt gyakorlatok közül sok az akkumulátorok állapotát befolyásoló három fő változóhoz kapcsolódik: a hőmérséklethez, a töltöttségi állapothoz és az áramhoz.
Az U-M kutatóinak néhány általános iránymutatása a lítium-ion akkumulátorok élettartamának maximalizálására, valamint a gyártók néhány konkrét ajánlása:
- A lítium-ion akkumulátorok használatakor vagy tárolásakor kerülje a szélsőséges hőmérsékleteket, mind a magas, mind az alacsony hőmérsékletet. A magas hőmérséklet felgyorsíthatja szinte minden akkumulátor-alkatrész degradációját, és jelentős biztonsági kockázatokhoz vezethet, beleértve a tüzet vagy robbanást. Ha egy laptop vagy mobiltelefon feltűnően forró töltés közben, húzza ki a készüléket. Minimalizálja az alacsony hőmérsékletnek való kitettséget, különösen töltés közben.
Az elektromos járművek esetében szinte minden gyártó figyelmeztetést tartalmaz a magas hőmérsékletre vonatkozóan a használati útmutatóban. Némelyikük azt tanácsolja, hogy a forró időjárás idején parkoljon árnyékban, és tartsa a járművet bedugva, lehetővé téve ezzel az akkumulátor hűtőrendszerének szükség szerinti működését. Hideg időben szintén ajánlott a jármű bedugása, hogy az akkumulátor fűtőrendszere hálózati áramról működhessen.
- Minimalizálja az akkumulátor 100%-os vagy 0%-os töltöttségi szinten töltött idejét. Mind a rendkívül magas, mind az alacsony “töltöttségi állapotok” megterhelik az akkumulátorokat. Fontolja meg olyan részleges töltés alkalmazását, amely 100% helyett 80%-os SoC szintre állítja vissza az akkumulátort. Ha ez nem lehetséges, akkor húzza ki a készüléket, amint eléri a 100%-os töltöttségi állapotot.
A Samsung és az LG azt javasolja, hogy a telefonjaikat akkor kell feltölteni, amikor elérik a 20%-os töltöttségi állapotot. A Nokia és a Sony megemlíti a telefonjaik esetleges károsodását, ha a készüléket a 100%-os töltöttségi szint elérése után töltve hagyják.
Tippek a lítium-ion akkumulátorok élettartamának meghosszabbításához laptopokban. Image credit: Center for Sustainable Systems at U-M School for Environment and Sustainability.
A legtöbb laptopban a belső akkumulátor-kezelő rendszer leállítja a töltést, amint a készülék elérte a 100%-os töltöttségi szintet, és nem folytatja a töltést, amíg a laptop el nem éri a 95%-os SoC értéket. Ennek ellenére számos laptopgyártó óva int attól, hogy a töltés befejezése után a számítógépet bedugva hagyja.
- A “gyorstöltők” használata kényelmes, de a lítium-ion akkumulátor gyorsabban lemerül, mint a normál töltés. Az akkumulátor túl gyors lemerítése szintén az akkumulátor leépüléséhez vezet, sokszor ugyanezen mechanizmusok révén. Mobiltelefonok és laptopok esetében a képernyő fényerejének csökkentése, a helymeghatározó szolgáltatások kikapcsolása és a nagy energiaigényű alkalmazások elhagyása segíthet a lemerülési sebesség lassításában.
- A vezeték nélküli elektromos szerszámok egyes gyártói azt tanácsolják a felhasználóknak, hogy ne tárolják az akkumulátorokat a töltőben, míg mások óva intenek az akkumulátor teljes lemerülésétől. Néhányan azt javasolják, hogy az akkumulátor töltésekor a környezeti hőmérséklet minimum 32 F, maximum 104 fok legyen.
- Kerülje a lítium-ion akkumulátorok használatát vagy tárolását magas nedvességtartalmú környezetben, és kerülje a mechanikai sérüléseket, például a kilyukasztást.
Az akkumulátorcellát egy pozitív elektróda (katód), egy negatív elektróda (anód) és egy elektrolit alkotja, amely mindegyik elektródával reakcióba lép. A lítium-ion akkumulátorok az idő múlásával és a használat során elkerülhetetlenül lebomlanak. Ez szinte minden alkatrészt érint, beleértve az anódot, a katódot, az elektrolitot, a szeparátort és az áramszedőket.
Az akkumulátor degradációjának két fő formája van: a kapacitáscsökkenés és a teljesítménycsökkenés. A kapacitáscsökkenés az akkumulátor által tárolható energia mennyiségének csökkenését jelenti, a teljesítménycsökkenés pedig az általa szolgáltatott energia mennyiségének csökkenését.
Az akkumulátorok élettartamának meghosszabbítása csökkenti az új akkumulátorok gyártásával kapcsolatos költségeket és környezeti terheket – beleértve az anyagfelhasználást, a bányászat hatásait és az üvegházhatású gázok kibocsátását -, valamint a használt akkumulátorok ártalmatlanítását.
“Mivel a mobilelektronika és az elektromos járművek ipara tovább növekszik, az élettartam meghosszabbításának már kis mértékű javulása is jelentős környezeti előnyökkel jár” – írták a Journal of Energy Storage című szaklap szerzői.
A kutatók az általuk áttekintett tudományos szakirodalom mellett a gyártók nyilvánosan elérhető információit is áttekintették, a lítium-ion akkumulátorok használatára és karbantartására vonatkozó utasításokat, útmutatókat, figyelmeztetéseket vagy tippeket keresve.
Ezek között a vállalatok között volt 10 mobiltelefon-gyártó (Apple, Google, HTC, Huawei, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sony és ZTE), 10 laptopgyártó (Acer, Apple, ASUS, Dell, HP, Lenovo, LG, Microsoft, Samsung és Toshiba), négy elektromos szerszámgyártó (Bosch, DeWalt, Makita és Milwaukee Tool) és 10 elektromos járműgyártó (BMW, Chevrolet, Ford, Fiat, Honda, Hyundai, Kia, Mercedes-Benz, Nissan és Tesla).
A Journal of Energy Storage című folyóiratban megjelent tanulmány szerzői Keoleian mellett Maxwell Woody, Maryam Arbabzadeh és Geoffrey Lewis a U-M Center for Sustainable Systems-től, valamint Anna Stefanopoulou a U-M Energy Institute-tól.
A munkát a Responsible Battery Coalition támogatta, amely vállalatok, tudósok és szervezetek koalíciója, amelyek elkötelezettek a ma és a jövő akkumulátorainak felelős kezelése mellett.
“Ahogy a nemzet és a világ átáll az akkumulátorok által működtetett gazdaságokra, kiemelkedően fontos, hogy meghosszabbítsuk az akkumulátorok minden típusának élettartamát, különösen a személygépkocsikban és teherautókban lévő akkumulátorokét” – mondta Steve Christensen, a Felelős Akkumulátor Koalíció ügyvezető igazgatója.
“Egy olyan elismert kutatóintézet, mint a Michigani Egyetem munkája fontos első lépés egy generációváltás felé, amely a fogyasztók akkumulátorok használatában és kezelésében áll be.”