Salut! En tant que fournisseur de systèmes de stockage d'énergie de batterie (BESS), j'ai vu de première main l'importance de comprendre le fonctionnement de ces systèmes et, plus important encore, de ce qui peut les faire se dégrader avec le temps. Dans ce blog, je décomposerai les principaux mécanismes de dégradation d'un BESS, afin que vous puissiez mieux comprendre comment garder votre système en pleine forme.
1. Dégradation chimique
Commençons par l'aspect le plus fondamental: la chimie à l'intérieur de la batterie. Les batteries, en particulier celles au lithium - qui sont largement utilisées dans BESS, comptent sur des réactions chimiques pour stocker et libérer de l'énergie.
Formation de l'interphase d'électrolyte (SEI)
Le SEI est une fine couche qui se forme à la surface de l'anode pendant les premiers cycles de décharge de charge. C'est comme un bouclier protecteur qui empêche d'autres réactions entre l'électrolyte et le matériau de l'anode. Cependant, au fil du temps, le SEI peut croître. À mesure qu'il grandit, il consomme des ions de lithium à partir de l'électrolyte, réduisant la quantité de lithium actif disponible pour le stockage des charges. Cela entraîne une diminution de la capacité de la batterie. Considérez-le comme un peu comme une fuite lente dans un réservoir d'eau; Au fil du temps, vous avez moins d'eau (ou dans ce cas, des ions lithium) avec qui travailler.
Décomposition d'électrolyte
L'électrolyte dans une batterie est un composant crucial qui permet aux ions de se déplacer entre l'anode et la cathode. Mais ce n'est pas indestructible. Des températures élevées et des surfacturation peuvent provoquer la rupture de l'électrolyte. Lorsque cela se produit, il peut former des bulles de gaz et d'autres produits par -. Ces produits par - peuvent bloquer le mouvement des ions, augmentant la résistance interne de la batterie. Et à mesure que la résistance interne augmente, la batterie devient moins efficace pour la charge et la décharge. Vous pouvez consulter notreSystème de panneaux solaires avec système de stockage d'énergie de batterie au lithiumPour voir comment nous travaillons pour atténuer ces problèmes chimiques dans nos batteries au lithium.
Dégradation des matériaux de la cathode et de l'anode
Les matériaux de cathode et d'anode subissent également des changements au fil du temps. Par exemple, dans les cathodes au lithium - cobalt-oxyde, les cycles de décharge de charge répétés peuvent provoquer le changement de la structure cristalline du matériau. Cela peut entraîner une perte de sites d'intercalation au lithium, ce qui signifie que la batterie ne peut pas stocker autant d'ions lithiums qu'auparavant. De même, le matériau de l'anode peut subir une contrainte mécanique pendant le cycle, conduisant à la fissuration et à la pulvérisation. Ces changements physiques réduisent la surface disponible pour l'échange d'ions, dégradant davantage les performances de la batterie.
2. Dégradation thermique
La température joue un rôle énorme dans la façon dont un BESS dégrade. Les batteries sont sensibles aux températures élevées et basse.
Effets de température élevés
Lorsqu'une batterie fonctionne à des températures élevées, les réactions chimiques à l'intérieur s'accélèrent. Cela peut sembler une bonne chose au début, mais cela accélère en fait tous les processus de dégradation dont nous avons parlé plus tôt. La couche SEI se développe plus rapidement, l'électrolyte se décompose plus rapidement et les matériaux de cathode et d'anode se dégradent plus rapidement. Des températures élevées peuvent également provoquer un émoi thermique, une situation dangereuse où la température de la batterie augmente incontrôlable, conduisant à un incendie ou à une explosion potentiel. Pour éviter cela, nous concevons souvent nos systèmes avec des fonctionnalités de gestion thermique avancées dans notreHome Off Off Grid Hybrid Onverter Solar Energy System.
Effets de température basse
D'un autre côté, les basses températures peuvent également être un problème. À basse température, la viscosité de l'électrolyte augmente, ce qui rend plus difficile pour les ions de le déplacer. Il en résulte une résistance interne plus élevée et une puissance de sortie réduite. Vous remarquerez peut-être que votre batterie ne fonctionne pas aussi bien par une froide journée d'hiver. C'est comme essayer de se déplacer à travers de la mélasse épaisse au lieu de l'eau; Il faut beaucoup plus d'efforts (ou dans ce cas, de l'énergie) pour faire avancer les choses.
3. Dégradation mécanique
Les batteries ne concernent pas seulement la chimie et la température; Ils sont également confrontés à des défis mécaniques.
Extension et contraction
Pendant les cycles de décharge de charge, les électrodes de batterie se dilatent et se contractent lorsque les ions lithium sont insérés et retirés. Cette expansion et contraction répétées peuvent provoquer une contrainte mécanique sur les électrodes. Au fil du temps, cette contrainte peut entraîner la fissuration et le délaminage des matériaux d'électrode. Tout comme un morceau de bois qui est constamment penché d'avant en arrière, les électrodes finiront par se décomposer.
Vibration et choc
Dans certaines applications, le BESS peut être exposé à des vibrations et au choc. Par exemple, si une batterie est installée dans un véhicule ou une unité de stockage d'énergie mobile, elle subira des vibrations pendant le fonctionnement. Ces vibrations peuvent provoquer des connexions lâches à l'intérieur de la batterie, augmentant la résistance interne et conduisant potentiellement à des circuits courts. Le choc, comme un impact soudain, peut également endommager la structure interne de la batterie, causant des dommages irréversibles.
4. Dégradation électrique
La façon dont nous chargeons et déchargez une batterie peut avoir un grand impact sur sa durée de vie.
Surfacturation et surdiscarition
Surcharge d'une batterie force trop d'ions au lithium dans la cathode, ce qui peut provoquer la rupture du matériau de la cathode. Il peut également conduire à la formation de lithium métal sur l'anode, qui est un grave risque de sécurité. La surdiscusance, en revanche, peut faire libérer la cathode trop d'ions lithium, entraînant des changements structurels et une perte de capacité. Pour éviter ces problèmes, notre BESS est livré avec des systèmes de gestion de batterie (BMS) qui surveillent et contrôlent les processus de charge et de décharge. Vous pouvez en savoir plus sur le fonctionnement de notre BMS dans notreBatteries rechargeables Système d'énergie solaire.
Charge et décharge inégaux
Dans une batterie, les cellules individuelles peuvent avoir des caractéristiques légèrement différentes. Si ces cellules ne sont pas correctement équilibrées lors de la charge et de la décharge, certaines cellules peuvent être surchargées ou sur-réinstallées tandis que d'autres sont sous - utilisées. Cette charge et décharge inégaux peuvent accélérer la dégradation de l'ensemble de la batterie.
Comment nous abordons ces mécanismes de dégradation
En tant que fournisseur BESS, nous travaillons constamment sur des solutions pour lutter contre ces mécanismes de dégradation. Nous utilisons des matériaux avancés et des processus de fabrication pour améliorer la stabilité des matériaux cathode et anode. Nos systèmes de gestion thermique sont conçus pour maintenir la batterie à une plage de température optimale, qu'elle soit chaude ou froide à l'extérieur. Et notre BMS évolue constamment pour assurer la charge et la décharge de cellules individuelles dans une batterie.
Si vous souhaitez en savoir plus sur nos systèmes de stockage d'énergie de batterie ou si vous avez des questions sur la façon d'éviter la dégradation dans votre propre système, nous serions ravis de vous entendre. Que vous soyez un propriétaire à la recherche d'une solution de stockage d'énergie fiable ou d'un propriétaire d'entreprise qui planifie un projet à grande échelle, nous pouvons fournir le bon BESS pour vos besoins. Contactez-nous pour une consultation et commençons une conversation sur la façon dont nous pouvons travailler ensemble pour répondre à vos besoins en stockage d'énergie.
Références
- Linden, D. et Reddy, TB (2002). Manuel de batteries. McGraw - Hill.
- Tarascon, JM et Armand, M. (2001). Problèmes et défis auxquels sont confrontés les batteries de lithium rechargeables. Nature, 414 (6861), 359 - 367.