Prečítal som si túto štúdiu a je to niekoľko zaujímavých záverov
o používaní NCA batérií v eutách na úrovni článkov.
https://mediatum.ub.tum.de/doc/1355829/file.pdfZáver 5.5.
Nabíjací čas a využitie kapacity batérie.Nabíjací čas je determinovaný veľkosťou prúdu. Pre CCCV protokol, nabíjací čas sa s vekom
batérie veľmi nemení. S vekom sa CC fáza zkracuje ale CV fáza sa predlžuje.
Využitie kapacity je hlavne závislé na nabíjacom napatí. Kapacita tiež závisí na prúde
pri ukončení nabíjania.
Lítium plating ako hlavný degradačný mechanizmusLítium plating / usadzovanie kovového Li / sa potvrdil, ako dominantný deg. mech. pri nabíjaní
vysokoenergetických článkov, vysokým prúdom na vysoké nabíjacie napatie. Li. plating je zodpovedný
za pokles kapacity batérie v dosledku straty cyklovatelného lítia. Zvyšujúca sa vysokofrekvenčná
rezistencia odhalila dekompozíciu elektrolytu, ktorá znižuje jeho vodivosť. Tiež spektrálna analýza
zistila, že vysoké prúdy vedú k redukcii schopnosti grafitovej anódy interkalovať Li+.
Za zvýšenú rezistenciu je zodpovedná NCA katódaZ EIS meraní vyplýva, že sa zhoršuje transfer náboja cez NCA. Hlavne pri hlbokom vyvíjaní
a veľkých vybíjacích cykloch. Zo zvýšenou rezistenciou klesá výkon článkov a hlbka cyklu
sa pri vysokých prúdoch znižuje.
|Výsledky boost a supercharginguPri BC a SC protokoly uplňujú vysoký nab. prúd len pri určitých úrovniach SoC.
Hoci je benefitom uplatňovať nízke nab. prúdy pri vysokom SoC, keď má anóda najnižší
potenciál, vysoké nab. prúdy sposobujú disproporčnú degradáciu pri nízkych SoC.
Tenké anódy s vysokou porozitou sú menej náchylné naL Li plating ako hrubé el. s nizkou porozitou.
Regeneračné efekty po Li platinguNa článkoch, ktoré boli nabíjané vysokými prúdmi s masívnym Li platingom sa po čase
odpočinku článkov pozoroval regeneračný efekt. Tiež ukladacie schopnosti anódy sa po čase
odpočinku obnovili.
Prostriedky na redukciu degradáciePredovšetkým rýchle nabíjanie vysokými prúdmi by nemalo byť aplikované každý deň,
aby sa zabránilo Li platingu a vysokému stresu elektród. Ďalej, plytké cykly zlepšili cyklickú
životnosť článkov. Experiment potvrdil, že zmenšená hĺbka cyklu, tým, že sa zvýšilo
vybíjacie napatie, znížila nárast rezistencie NCA katódy, oveľa viac, ako zníženie nabíjacieho napatia.
Redukovaním DoD sa tiež docielila uniformná degradácia aktívneho materiálu elektród.
Nižšie nabíjacie prúdy pri nízkom SoC nezredukovali degradáciu, ale dlhší nabíjací cyklus
poskytol viac času na regeneračné procesy a tým sa docielila pomalšia a uniformná degradácia.
Efekt zníženia nabíjacieho napatiaPozorované závislosti medzi nab. napatím a degradáciou viedli k rozporuplným výsledkom.
Je pravdou, že zníženie nab. napatia vedie k nižšiemu úbytku kapacity článkov.
Na druhej strane s klesajúcim nab. napatím klesá aj využiteľná kapacita článkov.
Preto to nemá pozitívny efekt na celkovú absolútnu využiteľnú kapacitu.
A práve absolútna využiteľná kapacita determinuje dojazd EV.
Štúdia ukázala, že aj po 1000 EFC / ekvivalentných plných cyklov /, absolútna využitelná
kapacita bola vždy vačšia pre články nabíjané na vyššie napatie, hoci ich relatívny pokles
kapacity bol vačší. Iba ked články trpia anódovou degradáciou, redukcia nab. napatia
može predĺžiť životnosť článkov, pretože udržuje zostávajúcu ukladaciu schopnosť anódy.
Záver 6.6.
Cyklická životnost s teplotou klesáPorovnaním rôznych prevádzkových teplôt sa zistilo, že pokles kapacity spojený s cyklovaním,
ktorý treba pripočítať ku kalendárnej životnosti, značne klesá s klesajúcou teplotou.
Naopak kalendárna životnosť s klesajúcou teplotou rastie. Pri nízkych teplotách je Li plating
hlavným degradačným mechanizmom, pretože znižuje zásobu cyklovateľného Li.
Štúdia teda ukázala, že zohriata baterka je benefitom pre cyklickú životnosť.
Regeneračné brzdenie zlepšuje cyklickú životnosťPorovnanie roznych úrovní reg. brzdenia ukázalo, že krátke nabíjacie periódy počas
brzdenia nezhoršujú degradáciu článkov a to ani pri teplotách od 10 do 0 *C.
Práve naopak, reg. brzdenie znížilo degradáciu, hlavne pri vysokom SoC a nízkych
teplotách, ktoré sú typické pre zvýšené ukladanie kovového Li.
Znížená degradácia je pripisovaná redukovanému DoD, čo vedie ku kratšiemu nabíjaniu neskor.
Ukázalo sa, že pokles kapacity je spojený viac s množstvom náboja dodaného do článkov
na nabíjacej stanici.
Hĺbka cyklu ako dominantný faktor cyklickej životnostiHĺbka cyklu je hlavným faktorom degradácie článkov. S vačším DoD, sa zhoršuje kapacita
ako aj rezistencia článku. Hlavne nárast rezistencie je spojený s hĺbkou cyklu a menej už
závisí na SoC. Naviac, nárast rezistencie je zapríčinený zníženým transferom náboja na NCA
katóde. To vedie k vačším stratám a tým k nižšej účinnosti. Neexistuje priama korelácia
medzi nárastom rezistencie a úbytkom kapacity článkov. Ak započítame aj anódu,
došlo dokonca k zníženiu rezistencie, medzi 40 a 25 *C, hoci kapacita klesala.
Regeneračné efekty sposobené uloženým Li na prebytočných plochách anódyRegenerácia kapacity bez zmien v rezistencii bola pozorovaná po dlhšej pauze trvajúcej
niekoľko mesiacov, u článkov cyklovaných pri vysokom SoC. Pri vybíjaní mohlo byť
z anódy uvoľnené viac Li. Tento reverzibilný úbytok kapacity vzniká tým, že Li difunduje
na prebytočné plochy anódy, ktorá je vždy vačšia. Keď sú články držané na vysokom SoC,
čo korešponduje s plató s najnižším potenciálom anódy, dlhší čas, značné množstvo Li difunduje
do pridružených plôch a stáva sa nedostupným pri bežnom cyklovaní. Aby sme zamedzili
akumulácii nevyužiteľného Li, musíme sa vyvarovať uchovávaniu článkov na vysokom SoC,
a dlhšie zotrvávanie článkov na strednom a nízkom SoC, pomáha vrátiť časti nedostupného
Li, reverzovaním potenciálových gradientov medzi aktívnymi a pridruženými miestami
aktívneho materiálu anódy.
Degradácia pri dynamickej záťaži takmer podobná konštantnejPri porovnaní dynamického profilu záťaže a konštantného profilu s identickým priemerným
prúdom a hĺbkou cyklu, sa zistilo, že degradácia je podobná. Iba pri 10 *C, dynamický profil
viedol k vačšej degradácii.
Efekty nabíjania a vybíjania pri nízkej teploteExperiment prebiehajúci pri rôznych teplotách dovolil študovať impakt nabíjania
a vybíjania jednotlivo. Potvrdilo sa, že nízke teploty vedú k degradácii anódy.
Ale pokles kapacity pri nabíjaní pri 0 *C bol nižší ako pri vybíjaní. Príčinou je úbytok
cyklovateľného Li. V tomto prípade boli však vybíjacie prúdy podstatne vyššie ako nabíjacie.
Prevádzkové podmienky pre dlhú cyklickú životnosťČlánky boli cyklované na 2000 EFC / ekv. plných cyklov /. 2000 EFC sa dá dosiahnuť
pri 25 *C s menej ako 20 %-ným úbytkom kapacity, pre hĺbku cyklu cca. 60 %.
Najlepšia cyklická životnosť bola dosiahnutá pri nízkej hĺbke cyklu v kombinácii s nízkym
priemerným SoC. Vo všeobecnosti, ak sa vyhneme režimom SoC s najnižším potenciálom
anódy, zredukujeme kalendárne starnutie a tiež náchylnosť na ukladanie kovového Li.