สาเหตุของการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่

บทความอ้างอิงนิตยสารพีวี

ท่ามกลางแบตเตอรี่ที่หลากหลาย เซลล์แต่ละประเภทและชนิดย่อยของอุปกรณ์มีช่องโหว่ต่อการย่อยสลายไม่ซ้ำกัน ซึ่งได้รับอิทธิพลจากการใช้งานและปัจจัยอื่นๆ เซลล์บางชนิดเจริญเติบโตได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ ส่วนเซลล์อื่นๆ เติบโตได้ดีที่กระแสน้ำสูง อย่างไรก็ตามความเชี่ยวชาญดังกล่าวมักมาพร้อมกับค่าใช้จ่าย

อายุแบตเตอรี่มีความเกี่ยวข้องกับเวลา (ในกรณีของปฏิทินหรืออายุตาม "ปฏิทิน") หรือกับการใช้งาน โดยการชาร์จและการคายประจุแสดงถึงอายุ "ตามรอบ"

การแก่ชราทั้งสองรูปแบบส่งผลให้ความจุและประสิทธิภาพลดลง และเพิ่มความต้านทานภายในเมื่อไอออนติดอยู่ในปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ตลอดไป ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดจาก “ปัจจัยที่มีอิทธิพล” ต่างๆ โดยทั่วไปแล้ว ไอออนจะทำปฏิกิริยากับวัสดุอื่นๆ ในเซลล์อย่างถาวร ทำให้เกิดสารตกค้างแบบพาสซีฟและป้องกันไม่ให้นำไปใช้ในการขนส่งพลังงาน

ปัจจัยที่มีอิทธิพลทั่วไป ซึ่งผลกระทบจะแตกต่างกันไปตามประเภทของเซลล์ รวมถึงอุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่ สถานะการชาร์จของอุปกรณ์ (ซ); และกระแสไฟฟ้าหรือพลังงานที่ใช้ระหว่างการชาร์จและการคายประจุ เกี่ยวกับสถานะการชาร์จ ปริมาณประจุหรือพลังงานในแบตเตอรี่ ซ ที่ไม่ได้ใช้งานมีความสำคัญเมื่อไม่ได้ใช้งานแบตเตอรี่ และหน้าต่าง ซ (ช่วงที่เกิดการหมุนเวียน) จะเกี่ยวข้องเมื่ออุปกรณ์กำลังปั่นจักรยาน

ความเครียดทางกล เช่น การสั่นสะเทือนและความดัน เป็นอีกปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ แต่เราจะเน้นไปที่ปัจจัย 3 ประการข้างต้นในตอนนี้

อุณหภูมิ

อุณหภูมิมีบทบาทสำคัญในอายุการใช้งานแบตเตอรี่ เคมีของเซลล์ส่วนใหญ่ได้รับประโยชน์จากการเก็บรักษาและการทำงานที่อุณหภูมิต่ำซึ่งต่ำกว่า 20 C เนื่องจากจะช่วยชะลอการแก่ตามปฏิทินโดยการลดโอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาข้างเคียง การไม่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าจะช่วยเพิ่มอัตราการย่อยสลายได้อย่างมาก

ในทางกลับกัน เทคโนโลยีเซลล์ส่วนใหญ่ไวต่อการทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก ทำให้เกิดภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออก เนื่องจากอุณหภูมิที่มากกว่า 30 C ถึง 40 C นั้นน้อยกว่าอุณหภูมิที่เหมาะสม จุดที่เหมาะสมในการทำงานของเซลล์แบตเตอรี่คือประมาณ 15 C ถึง 25 C สำหรับเคมีส่วนใหญ่ แบตเตอรี่ที่ใช้นิกเกิล-แมงกานีส-โคบอลต์ (กทช) รุ่นใหม่มีความไวสูงต่อการชาร์จที่อุณหภูมิต่ำ และอาจเกิดข้อบกพร่องที่เป็นอันตรายได้หากชาร์จที่อุณหภูมิต่ำกว่า 10 C ในกราฟทางด้านซ้าย แสดงเซลล์ กทช คุณภาพสูงสามเซลล์ที่เป็นประเภทเดียวกัน อัตราการย่อยสลายจะดีขึ้นเล็กน้อยโดยการลดอุณหภูมิในการทำงานลง 10 C จาก 25 C (เส้นสีส้ม) เหลือ 15 C (เส้นสีม่วง) อย่างไรก็ตาม หากอุณหภูมิลดลง 10 C (เส้นสีน้ำเงิน) จะทำให้แบตเตอรี่พังเกือบจะในทันที

การชุบลิเธียม

โดยทั่วไปแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ลี้-ไอออน) มีความปลอดภัย แต่ภายใต้เงื่อนไขบางประการ เช่น ในอุณหภูมิเย็น ภายใต้กระแสไฟฟ้าสูง หรือมีอิเล็กโทรดโฮสต์ที่เติมไว้เต็มแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมอาจสัมผัสได้ ตัวอย่างข้างต้นแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของการชุบที่อุณหภูมิต่ำ การชุบเป็นรูปแบบหนึ่งของสารตกค้างที่เกิดขึ้นเมื่อลิเธียมไอออนก่อตัวเป็นโลหะสะสมอยู่ภายในเซลล์แบตเตอรี่ เมื่อเวลาผ่านไป กระบวนการนี้อาจสะสมและนำไปสู่การลัดวงจรภายในในที่สุดซึ่งอาจกระตุ้นให้เกิดความร้อนหนีออกมา ซึ่งเป็นการปล่อยความร้อนและก๊าซอย่างรวดเร็วและเป็นอันตราย

ซ

สถานะการชาร์จมีผลกระทบอย่างมากต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ ทั้ง ซ ที่ไม่ได้ใช้งาน ในระหว่างที่ไม่มีการใช้งาน (ซึ่งเกี่ยวข้องกับอายุตามปฏิทิน) และช่วง ซ หรือหน้าต่างระหว่างการดำเนินการ (อายุตามรอบ) มีความสำคัญ ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงเซลล์ กทช ที่เหมือนกันสองเซลล์

กราฟด้านล่างแสดงวิวัฒนาการของการย่อยสลายของกรณีการใช้งานเซลล์ กทช คุณภาพสูงสองกรณีที่เกือบจะเหมือนกัน

ทั้งสองใช้แบตเตอรี่เพียงประมาณ 50% และกรณีการใช้งานแรก (เส้นสีน้ำเงิน) ใช้ที่ครึ่งบนของ ซ โดยเริ่มชาร์จเต็มและลดลงเหลือ 50% ก่อนที่จะชาร์จเต็มอีกครั้ง กรณีการใช้งานที่สอง (สีส้ม) เริ่มต้นที่การชาร์จ 50% และสิ้นสุดจนแทบว่างเปล่า ตามที่กราฟแสดง ผลกระทบต่อการเสื่อมสภาพนั้นเหลือเชื่อมาก แบตเตอรี่สีส้มจะมีอายุการใช้งานนานกว่าแบตเตอรี่สีน้ำเงินถึง 2 เท่าถึง 3 เท่า ซึ่งช่วยลดต้นทุนการเป็นเจ้าของลงได้มากกว่าครึ่งหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม ควรเน้นย้ำว่านี่คือตัวอย่างของเซลล์ประเภทใดประเภทหนึ่ง และอุปกรณ์และเซลล์อื่นๆ อาจทำงานแตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง ตามหลักการทั่วไป การหลีกเลี่ยง ซ ที่สูงกว่า 90% และต่ำกว่า 10% โดยทั่วไปจะทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น แต่ก็มีข้อยกเว้นอยู่