ANN ARBOR-Litiumjonbatterier finns överallt nuförtiden och används i allt från mobiltelefoner och bärbara datorer till sladdlösa elverktyg och elbilar.
Och även om de är den mest använda tekniken för mobil energilagring finns det en hel del förvirring bland användarna om de bästa sätten att förlänga livslängden på litiumjonbatterier.
För att hjälpa till att klargöra detta har forskare från University of Michigan plöjt igenom mängder av akademiska artiklar och tillverkares bruksanvisningar, samt information på webbplatser för kundsupport, för att ta fram en lista med nio bästa metoder för att förlänga livslängden på litiumjonbatterier.
Nio nycklar för att förlänga livslängden på litiumjonbatterier. Image credit: Center for Sustainable Systems at U-M School for Environment and Sustainability.
”Genom att minimera exponeringen för de förhållanden som påskyndar nedbrytningen kan batterier hålla längre. Och detta har en positiv miljöpåverkan, eftersom batteriproduktionen är en källa till utsläpp av växthusgaser och många andra föroreningar”, säger Greg Keoleian, förste författare till studien och föreståndare för U-M Center for Sustainable Systems vid School for Environment and Sustainability.
”Dessutom finns det betydande ekonomiska incitament för användarna att undvika ogynnsamma förhållanden, eftersom kostnaden för litiumjonbatterier kan variera från 5 % till mer än 50 % av en produkts kostnad.”
U-M-teamets resultat publicerades den 15 februari i Journal of Energy Storage.
Många av de rekommenderade metoderna är relaterade till de tre viktigaste variablerna som påverkar batteriets hälsa: temperatur, laddningstillstånd och ström.
Här är några allmänna riktlinjer från U-M-forskarna för att maximera litiumjonbatteriernas livslängd, tillsammans med några specifika rekommendationer från tillverkarna:
- Undervik extrema temperaturer, både höga och låga, när du använder eller lagrar litiumjonbatterier. Förhöjda temperaturer kan påskynda nedbrytningen av nästan alla batterikomponenter och kan leda till betydande säkerhetsrisker, inklusive brand eller explosion. Om en bärbar dator eller mobiltelefon är märkbart varm när den laddas ska du koppla ur den. Minimera exponering för låga temperaturer, särskilt vid laddning.
För elbilar innehåller nästan alla tillverkare varningar om höga temperaturer i sina bruksanvisningar. Vissa av dem rekommenderar att man parkerar i skuggan och håller fordonet inkopplat under varmt väder så att batteriets kylsystem kan köras vid behov. Att koppla in fordonet rekommenderas också vid kallt väder, så att batteriets värmesystem kan köras på nätström.
- Minimera den tid som batteriet tillbringar vid antingen 100 % eller 0 % laddning. Både extremt höga och låga ”laddningstillstånd” belastar batterierna. Överväg att använda en partiell laddning som återställer batteriet till 80 % SoC i stället för 100 %. Om det inte är möjligt, koppla ur enheten så snart den når 100 %.
Samsung och LG föreslår att deras telefoner ska laddas upp när de når ett laddningstillstånd på 20 %. Nokia och Sony nämner att deras telefoner kan skadas om enheten fortsätter att laddas efter att ha nått 100 %.
Tips for extending lithium-ion battery lifetime in laptops. Image credit: Center for Sustainable Systems at U-M School for Environment and Sustainability.
I de flesta bärbara datorer slutar ett internt batterihanteringssystem att ladda när enheten har nått 100 % laddningstillstånd och återupptar inte laddningen förrän den bärbara datorn har nått 95 % laddningstillstånd. Trots detta varnar många tillverkare av bärbara datorer för att lämna datorn inkopplad efter avslutad laddning.
- Användning av ”snabbladdare” är bekvämt men försämrar ett litiumjonbatteri snabbare än standardladdning. Att ladda ett batteri för snabbt leder också till nedbrytning av batteriet, genom många av samma mekanismer. När det gäller mobiltelefoner och bärbara datorer kan man sänka skärmens ljusstyrka, stänga av lokaliseringstjänster och avsluta program med hög energiförbrukning för att minska urladdningshastigheten.
- Vissa tillverkare av sladdlösa elverktyg råder användarna att inte förvara batterierna i laddaren, medan andra varnar för att köra ur batteriet helt och hållet. Några rekommenderar en omgivningstemperatur på minst 32 F vid laddning av batteriet och högst 104 grader.
- Undvik att använda eller förvara litiumjonbatterier i miljöer med hög fuktighet, och undvik mekaniska skador som punktering.
En battericell består av en positiv elektrod (katod), en negativ elektrod (anod) och en elektrolyt som reagerar med varje elektrod. Litiumjonbatterier försämras oundvikligen med tiden och användningen. Nästan alla komponenter påverkas, inklusive anod, katod, elektrolyt, separator och strömavtagare.
Det finns två huvudsakliga former av batteridegradering: kapacitetsförlust och effektförlust. Kapacitetsförlust är en minskning av den mängd energi som ett batteri kan lagra, och effektförlust är en minskning av den mängd energi som det ger.
Förlängning av batteriets livslängd minskar kostnaderna och miljöbelastningen i samband med produktionen av nya batterier – inklusive materialförbrukning, gruvpåverkan och utsläpp av växthusgaser – samt bortskaffandet av begagnade batterier.
”Eftersom mobilelektronik- och elfordonsindustrierna fortsätter att växa kommer även små förbättringar av förlängningen av livslängden att ha betydande miljöfördelar”, skriver författarna till artikeln i Journal of Energy Storage.
Förutom den akademiska litteratur de granskade undersökte forskarna offentligt tillgänglig information från tillverkarna och letade efter instruktioner, vägledning, varningar eller tips om användning och underhåll av litiumjonbatterier.
Dessa företag omfattade tio mobiltelefontillverkare (Apple, Google, HTC, Huawei, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sony och ZTE), tio tillverkare av bärbara datorer (Acer, Apple, ASUS, Dell, HP, Lenovo, LG, Microsoft, Samsung och Toshiba), fyra tillverkare av elverktyg (Bosch, DeWalt, Makita och Milwaukee Tool) och tio tillverkare av elbilar (BMW, Chevrolet, Ford, Fiat, Honda, Hyundai, Kia, Mercedes-Benz, Nissan och Tesla).
Författare till artikeln i Journal of Energy Storage är förutom Keoleian Maxwell Woody, Maryam Arbabzadeh och Geoffrey Lewis från U-M Center for Sustainable Systems och Anna Stefanopoulou från U-M Energy Institute.
Arbetet stöddes av Responsible Battery Coalition, en koalition av företag, akademiker och organisationer som engagerar sig för en ansvarsfull hantering av dagens och morgondagens batterier.
”I takt med att nationen och världen övergår till ekonomier som drivs av batterier är det av största vikt att vi förlänger livslängden på alla typer av batterier, särskilt de som finns i våra bilar och lastbilar”, säger Steve Christensen, verkställande direktör för Responsible Battery Coalition.
”Detta arbete som utförs av en så respekterad forskningsinstitution som University of Michigan är ett viktigt första steg mot att skapa en generationsväxling i hur konsumenterna använder och behandlar batterier.”