As baterías de iones de litio non "xeran" realmente enerxía como a maioría da xente pensa sobre iso. O que fan é almacenar enerxía eléctrica a través de reaccións electroquímicas reversibles, para despois liberala cando o circuíto externo demanda corrente. A confusión sobre isto xorde moito nas reunións de deseño, especialmente cando alguén intenta dimensionar unha batería por primeira vez.
Durante a descarga ocorren dúas cousas. En primeiro lugar, os ións de litio migran desde o electrodo negativo (ánodo) a través do electrólito e o separador ata o electrodo positivo (cátodo). En segundo lugar, os electróns flúen polo circuíto externo de ánodo a cátodo, facendo un traballo útil. Durante a carga, inverte o proceso aplicando unha tensión externa que obriga aos ións e os electróns a moverse na dirección oposta.
A tensión que produce unha célula depende enteiramente dos materiais dos electrodos que escolla e dos seus respectivos potenciais electroquímicos. Unha cela nova situada no estante sen carga mostrará a súa-tensión de circuíto aberto-normalmente entre 3,6 e 3,7 V para a maioría das químicas de ións de litio, aínda que este número cambia dependendo do estado de carga e da temperatura. Unha vez que conecta unha carga e comeza a extraer corrente, a tensión cae debido á resistencia interna. Canto cae indícanos moito sobre a saúde da célula.
Fundamentos de Química Celular
Todas as células de ión litio comparten o mesmo principio de funcionamento básico, pero as químicas varían moito. O material do cátodo determina en gran medida as características de rendemento da célula-densidade de enerxía, capacidade de potencia, ciclo de vida, estabilidade térmica e custo.
Os cátodos de óxido en capas foron a primeira química comercial. Sony presentounos en 1991 con LiCoO₂ (óxido de cobalto de litio), que aínda se usa na electrónica de consumo onde a densidade de enerxía importa máis que os custos ou as marxes de seguridade. Estas células embalan aproximadamente 150-200 Wh/kg a nivel celular. O cobalto é caro, e a química é inestable por riba dos 150 graos. Vimos que a fuga térmica comeza a temperaturas tan baixas como 130 graos en células maltratadas.
O impulso por unha mellor seguridade e un menor custo levou ao LiMn₂O₄ (óxido de litio manganeso) a mediados da-década de 1990. O manganeso é barato e a estrutura da espinela é inherentemente máis estable. Estas células non escaparán ata que non superes normalmente os 250 graos. A compensación? A densidade de enerxía cae a 100-120 Wh/kg e o manganeso disólvese no electrólito co paso do tempo, especialmente a temperaturas elevadas. O ciclo de vida sofre; estás mirando quizais 300-700 ciclos antes de que a capacidade caia por debaixo do 80%.
LiFePO₄ (fosfato de ferro de litio) apareceu ao redor de 2001 e cambiou a conversación de seguridade. A estrutura do olivino é rocha-sólida térmicamente; a fuga térmica non se produce ata por riba dos 270 graos, e aínda así é menos violenta. O ciclo de vida é excepcional: 2,000+ ciclos ata o 80 % da capacidade é estándar, e algunhas células probáronse despois de 5.000 ciclos. A desvantaxe é a tensión: só 3,2 V nominal e a densidade de enerxía está limitada a 90-120 Wh/kg. Ademais, a situación das patentes de fosfato estivo desordenada durante anos.
NMC (óxido de litio níquel manganeso cobalto) e NCA (litio níquel cobalto óxido de aluminio) xurdiron como as químicas "equilibradas". Ao mesturar níquel, manganeso e cobalto en varias proporcións-as máis comúns son NMC 111, 532, 622 e 811, onde os números indican o contido relativo de metal-podes axustar o rendemento. O maior contido de níquel aumenta a densidade de enerxía ata os 200-250 Wh/kg, pero a costa da estabilidade térmica e da vida útil do ciclo. As células NMC 811 poden alcanzar os 250 Wh/kg pero necesitan unha xestión térmica moito máis coidadosa.
No lado do ánodo, o grafito foi o estándar desde o primeiro día. A capacidade teórica é de 372 mAh/g, e as células comerciais normalmente alcanzan 340-360 mAh/g. O litio intercala entre as capas de grafeno durante a carga, aumentando o volume de grafito en aproximadamente un 10%. Este estrés mecánico contribúe ao esvaecemento da capacidade durante o ciclo.
Os ánodos de silicio foron "a próxima gran cousa" desde hai uns quince anos. A capacidade teórica do silicio é de 4.200 mAh/g-máis de dez veces o grafito. O problema é que o silicio se expande nun 300% cando absorbe o litio. Isto rompe o ánodo despois duns ciclos. Os enfoques actuais usan mesturas de silicio-grafito cun contido de silicio normalmente inferior ao 10 % para manter a expansión manexable. Aínda así, a perda de capacidade irreversible do primeiro-ciclo é do 15-25 % nos ánodos que conteñen silicio fronte ao 5-10 % do grafito puro.
Construción celular e formatos
As células cilíndricas son probablemente o que a maioría da xente pensa cando pensa "batería". O formato 18650 (18 mm de diámetro, 65 mm de lonxitude) tornouse omnipresente despois de que os fabricantes de portátiles o estandarizaron a principios dos anos 2000. Tesla usou miles deles no Roadster orixinal. A capacidade típica de 18650 é de 2.000 a 3.500 mAh, dependendo da química e de se optimiza a enerxía ou a potencia.
O formato máis novo 21700 (21 mm × 70 mm) que Tesla e Panasonic desenvolveron conxuntamente ofrece preto dun 50% máis de enerxía por célula: 4.000-5.000 mAh é común agora. O diámetro maior aumenta a relación entre o material activo e os compoñentes inactivos (colectores de corrente, latas, dispositivos de seguridade), mellorando a densidade de enerxía a nivel de paquete. As liñas de fabricación tiveron que ser reequipadas, polo que a adopción levou un tempo.
As células prismáticas proviñan do desexo da industria do automóbil por unha mellor utilización do espazo. En lugar de encher unha caixa con cilindros e deixar todo ese espazo baleiro, fai celas rectangulares que se apilen de forma eficiente. As células prismáticas de grao -automóbil varían de 20 Ah a máis de 100 Ah de capacidade. Son máis fáciles de xestionar térmicamente-desde o punto de vista do envase, xa que pode colocar placas de refrixeración directamente contra os lados planos. A desvantaxe é que tes todos os teus ovos en menos cestas-se falla unha célula prismática grande, perderás máis capacidade que se falla unha célula cilíndrica pequena.
As células de bolsa levan a idea de eficiencia espacial aínda máis eliminando a lata de metal por completo. A célula está pechada nunha bolsa flexible-laminada de aluminio. Isto aforra quizais un 10-15 % de peso fronte a unha lata prismática, e o formato é extremadamente flexible: podes facelos de calquera tamaño ou forma que precise a aplicación. Aos fabricantes de vehículos eléctricos gústalles porque podes apilalos directamente en placas de refrixeración. A debilidade é mecánica: necesitan compresión externa para evitar a delaminación dos electrodos durante o ciclo, e son máis vulnerables aos danos por perforación.
Tecnoloxía de separación
O separador non recibe moita atención, pero sen dúbida é o compoñente de seguridade máis crítico. É unha membrana porosa delgada (normalmente 16-25 μm) que evita que o ánodo e o cátodo se toquen mentres permite o paso dos ións de litio. Os primeiros separadores eran polietileno dunha capa (PE) ou polipropileno (PP).
Os modernos -separadores de alto rendemento usan estruturas de tres capas, normalmente PP/PE/PP. A capa de PE ten un punto de fusión máis baixo (135 graos) que o PP (165 graos). Se a célula comeza a recalentarse, o PE derrete e enche os poros, desactivando o transporte iónico antes de que a temperatura alcance niveis perigosos. Isto chámase apagado térmico e é a túa última liña de defensa antes da fuga térmica.
Os separadores-revestidos de cerámica engaden outra marxe de seguridade. Un revestimento fino (2-4 μm) de alúmina ou outras partículas cerámicas nun ou ambos lados do separador mantén a integridade estrutural aínda que o polímero se derrita. O revestimento é o suficientemente poroso como para que continúe o transporte iónico, pero evita que o electrodo se produza en curto-circuíto incluso a temperaturas superiores a 150 graos. A desvantaxe é que os separadores revestidos de-cerámica-custo son 2-3 veces o prezo dos separadores estándar e unha impedancia lixeiramente superior.
A porosidade adoita ser do 40-50 %. Demasiado baixa e a resistencia iónica aumenta, o que limita a capacidade de enerxía. Demasiada alta e a resistencia mecánica sofre. A distribución do tamaño dos poros tamén é importante; o número de Gurley (proba de permeabilidade ao aire) é unha especificación estándar. A maioría dos separadores de grao EV teñen como obxectivo 200-400 segundos/100cc.
Composición electrolítica e aditivos
O electrólito nunha célula de ións de litio é máis complexo do que se pensa. A formulación base adoita ser un sal de litio-LiPF₆ (hexafluorofosfato de litio) nun 95 % máis das células- disolto nunha mestura de carbonatos orgánicos. Os disolventes comúns inclúen carbonato de etileno (EC), carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC) e carbonato de etilo metilo (EMC).
A concentración de LiPF₆ adoita ser de 1,0 a 1,2 M (molar). A maior concentración mellora a condutividade iónica ata un punto, pero máis aló de 1,3 M aproximadamente comeza a precipitarse sal a baixas temperaturas. LiPF₆ ten problemas-é sensible á humidade-e comeza a descompoñerse por riba dos 60 graos -pero alternativas como LiBOB ou LiFSI aínda non o desprazaron debido ao custo ou a outras compensacións.
A mestura de disolventes de carbonato está axustada para a aplicación. EC ten unha constante dieléctrica elevada e boas propiedades de formación de SEI-, pero conxélase a 36 graos . Debes mesturalo con carbonatos de menor-viscosidade como DMC ou EMC para manter o rendemento a baixa-temperatura. Unha formulación típica pode ser EC:DMC 1:1 en volume ou EC:EMC 3:7. As proporcións exactas son propias e están estreitamente gardadas.
Os aditivos son onde ocorre a verdadeira maxia da química. Os electrólitos modernos conteñen un 2-5 % en peso de varios aditivos que modifican a formación de SEI, evitan a sobrecarga, suprimen a xeración de gas ou melloran a-estabilidade á alta temperatura. O carbonato de vinileno (VC) ao 1-2% é case universal para mellorar a calidade SEI nos ánodos de grafito. O carbonato de fluoroetileno (FEC) funciona mellor para ánodos que conteñen silicio. Estes compostos redúcense preferentemente durante os ciclos de carga iniciais, formando unha capa protectora no ánodo que é condutora ionicamente pero illante electrónicamente.
Os aditivos de protección contra sobrecargas como o bifenilo ou o ciclohexilbenceno comezan a polimerizarse ao redor de 4,5 V, creando unha derivación interna que impide que a tensión suba máis. Isto ofrécelle certa protección se o BMS falla, aínda que confiar nel, obviamente, non é unha mellor práctica de deseño.
Formación de interfaces de electrolitos sólidos
O SEI é probablemente o aspecto menos entendido pero o máis importante do funcionamento da batería de iones de litio. Durante os primeiros ciclos de carga, os compoñentes do electrólito reaccionan coa superficie do ánodo, formando unha capa de pasivación. Esta capa é fundamental: debe ser condutora ionicamente (para permitir o paso dos ións de litio) pero illante electrónicamente (para evitar unha maior descomposición dos electrólitos). A composición de SEI é unha desorde-ducias de sales de litio, compostos orgánicos e polímeros mesturados nunha capa de 10-100 nm de espesor.
A boa formación de SEI é a diferenza entre unha célula que cíclica 500 veces e outra que cíclica 3.000 veces. O problema é que o SEI non é estático. Racha durante os cambios de volume no ánodo, deixando ao descuberto unha superficie fresca que consome máis electrólito e litio para reparar o dano. É por iso que a capacidade diminúe durante o ciclo, mesmo cando estás sendo amable coa célula.
O ciclo de formación é un paso crítico de fabricación. As células sofren un ou máis ciclos de carga-lentas de descarga a temperaturas controladas para establecer o SEI inicial. Os protocolos de formación son propietarios, pero as taxas de carga típicas do primeiro-ciclo son de C/20 a C/10 e o proceso pode levar entre 24 e 48 horas. Os fabricantes optimizan os límites de tensión de formación, a temperatura, os períodos de descanso e os patróns de ciclos para producir o SEI máis estable posible. Facer isto mal cústache a vida do ciclo.
O envellecemento do calendario-a perda de capacidade aínda que a célula só está aí-é en gran parte un fenómeno SEI. O SEI segue crecendo lentamente en circuíto aberto, consumindo litio ciclable. O almacenamento en estado de carga elevado e temperatura elevada acelera isto. Unha cela almacenada a 100% SOC e 60 graos pode perder un 20% de capacidade nun ano, mentres que a mesma cela a 50% SOC e 25 graos pode perder un 3%.
Protocolos de carga e xestión de baterías
As células de ións de litio son sensibles á sobrecarga,{0}}descarga excesiva e a carga a temperaturas inadecuadas. É por iso que cada batería de varias-células necesita un BMS (sistema de xestión de baterías).
O método de carga estándar é a corrente constante/tensión constante (CC-CV). Durante a fase CC, empurras a corrente á cela a unha velocidade fixa-normalmente de 0,5 C a 1 C para a maioría das celas, aínda que algunhas celas de alta- potencia poden soportar 3 C ou máis. A tensión aumenta a medida que se carga a célula. Cando a tensión alcanza o límite superior (4,2 V para a maioría dos produtos químicos, 3,65 V para LFP, 4,3 V ou 4,35 V para algunhas variantes de NMC de alta-enerxía), cambia ao modo CV. A corrente diminúe a medida que a célula se aproxima á carga completa, polo que normalmente se corta cando a corrente cae por debaixo de C/20 ou C/50.
A carga rápida é máis complicada. As taxas de carga máis altas aceleran o recubrimento de litio no ánodo, que é perigoso-o litio metálico é moi reactivo e pode provocar curtos internos ou formación de dendritas que penetren no separador. Para-a carga rápida de forma segura, cómpre comprender como a tensión, a corrente e a temperatura interactúan coas condicións de inicio da placa de litio.
O problema é que non se pode medir o recubrimento de litio directamente nunha cela selada. Tes que deducilo doutros sinais. Un enfoque é rastrexar o potencial do ánodo fronte á referencia de metal de litio. Se o potencial do ánodo baixa por debaixo de 0 V fronte a Li/Li⁺, está a producirse o recubrimento. O problema é que a maioría das células comerciais non teñen electrodos de referencia.
O aumento da temperatura durante a carga rápida tamén é importante. Unha célula que se carga a 2 ºC pode ver que a súa temperatura interna aumenta 15 {4}}20 ) ) Unha célula cargando a célula a 2 ºC con refrixeración activa. A temperaturas frías, isto é realmente útil-unha célula fría (por exemplo, -10 graos ) ten unha capacidade de enerxía moi escasa, pero se podes quentala cargando a velocidades moderadas (0,5 °C), o rendemento mellora. Algúns vehículos eléctricos fan isto a propósito: en tempo frío, executarán un breve pulso de carga de alta corrente para quentar a batería antes de que o condutor requira unha gran potencia para acelerar.
O equilibrio celular é necesario porque as células en serie nunca permanecen perfectamente combinadas. As tolerancias de fabricación, as pequenas diferenzas nas taxas de auto-descarga e os gradientes térmicos en todo o paquete provocan a deriva da tensión. Se cargas unha cadea en serie sen equilibrar, algunhas celas alcanzan o límite superior de tensión antes que outras. As células fortes están pouco cargadas, as células débiles están sobrecargadas e o rendemento resérvase.
O equilibrado pasivo utiliza resistencias para eliminar a enerxía das células de maior{0}}voltaxe. É sinxelo e barato, pero desperdicia enerxía en forma de calor. O balance activo utiliza conversores DC-DC ou capacitores para transferir enerxía das células altas ás células baixas. Máis eficiente, máis complexo, máis caro. Para un paquete EV de 400 V, o equilibrio pasivo pode desperdiciar entre 50 e 100 W continuamente, o que é insignificante en comparación coa potencia motriz, pero aumenta co paso do tempo.
Consideracións de xestión térmica
A xeración de calor nunha célula de iones de litio provén de tres fontes: calor irreversible (quecemento Joule pola resistencia interna), calor reversible (cambio de entropía da reacción electroquímica) e calor das reaccións secundarias. Con taxas de C-de baixa a moderada, domina a calor reversible. A altas taxas de C-, a calor irreversible toma o relevo.
O termo de calor reversible é interesante porque cambia de signo dependendo do SOC. Para a maioría das químicas de ións de litio, a carga xera calor a baixo SOC pero absorbe calor a alto SOC. A descarga fai o contrario. O punto de cruzamento é de aproximadamente 50-60% SOC normalmente. É por iso que podes ver que a temperatura das células cae realmente durante a fase final de carga se a corrente é o suficientemente baixa.
A resistencia interna varía coa temperatura, o SOC e o envellecemento. A 25 graos , unha célula nova de 18650 pode ter 40-60 miliohmios de resistencia de CC. A -20 graos, pode ir a 200-300 miliohmios. É por iso que a gama de vehículos eléctricos en clima frío cae tan drasticamente. Non só a química é máis lenta a baixas temperaturas, senón que o aumento da resistencia interna significa que se desperdicia máis enerxía da batería como calor dentro da célula.
O limiar de fuga térmica depende da química. Para as células NMC, as reaccións de descomposición exotérmica comezan a uns 180-220 graos. Unha vez iniciado, a temperatura pode subir entre 10 e 50 graos por segundo, chegando a 800 graos ou máis. A LFP é moito máis segura; o inicio de fuga térmica é de 270 graos + e a temperatura máxima alcanzada é máis baixa.
A propagación entre células dun paquete é o verdadeiro perigo. Se unha célula entra en fuga térmica, quenta aos seus veciños. O feito de que as células veciñas tamén fuxan depende da capacidade de refrixeración, do espazamento das células e do illamento. As probas de propagación UL 9540A simulan isto forzando a unha célula á fuga térmica e controlando se as células adxacentes seguen. Un bo deseño do paquete contén a falla nunha cela ou como máximo nun módulo pequeno.
As estratexias de refrixeración varían. O arrefriamento por aire é máis sinxelo-soplar aire sobre as celas ou o paquete. Funciona ben para aplicacións de baixa densidade de enerxía, como PHEV ou sistemas de almacenamento de enerxía. O arrefriamento líquido é necesario para os vehículos eléctricos-de alto rendemento. A maioría dos deseños usan unha mestura de auga-glicol 50:50 a 10-25 litros por minuto a través de placas frías ou canles de refrixeración. A temperatura de entrada normalmente está controlada a 20-35 graos. Os gradientes de temperatura da batería deben manterse por debaixo de 5 graos como máximo a mínimo para evitar o envellecemento acelerado das células máis quentes.
Algúns deseños experimentais usan refrixeración por refrixerante, refrixeración por inmersión en fluído dieléctrico ou materiais de cambio de fase-. O arrefriamento do refrixerante pode extraer máis calor pero require un sistema de CA máis complexo. O arrefriamento por inmersión ten excelentes coeficientes de transferencia de calor (500-2.000 W/m²K fronte a 50-150 W/m²K para o arrefriamento líquido indirecto), pero o selado e a compatibilidade con fluídos son retos. Os PCM funcionan de forma pasiva pero necesitan finalmente rexeitar a calor almacenada, polo que axudan principalmente ao arrefriamento transitorio durante a carga rápida ou a aceleración dura.
Degradación do rendemento e modos de fallo
O esvaecemento da capacidade e o crecemento da impedancia son os dous principais mecanismos de degradación. Son causados por varios procesos físicos e químicos diferentes que ocorren simultáneamente.
No lado do ánodo, o crecemento SEI consome litio e electrólitos ciclables, aumentando a resistencia. A exfoliación de grafito pode producirse se a célula se carga a baixas temperaturas-placas de litio na superficie de grafito en lugar de intercalarse, e cando finalmente se intercala, rompe a estrutura de grafito. Isto é moitas veces irreversible. A descomposición do aglutinante a temperaturas elevadas provoca a perda de contacto eléctrico entre as partículas.
A degradación do cátodo inclúe a disolución de metais de transición (especialmente o manganeso en LMO ou NMC que conteñen manganeso-), os cambios estruturais derivados da inserción/extracción repetida de litio e a reconstrución da superficie en cátodos de alto-níquel. Os metais de transición disoltos migran ao ánodo onde catalizan o crecemento do SEI, polo que a degradación do cátodo acelera indirectamente a degradación do ánodo.
A descomposición de electrólitos e a xeración de gas son problemas maiores a altas tensións e altas temperaturas. Os gases comúns inclúen CO₂, CO e varios hidrocarburos procedentes da descomposición de carbonatos. Nas células da bolsa, verás que a bolsa se incha de forma visible. Nas celas cilíndricas ou prismáticas con caixas duras, a presión aumenta ata que se abre a ventilación de seguridade (normalmente a 10-15 bar).
A perda de inventario de litio é un importante mecanismo de desvanecemento. Cada vez que o SEI crece ou placas de litio de forma irreversible no ánodo, sácase algo de litio da piscina de litio ciclable. Finalmente esgotas e a capacidade baixa.
Poden producirse fallos repentinos por curtos internos. A maioría dos curtos comezan pequenas-unha pequena partícula metálica perfora o separador ou crece unha dendrita de litio. A curta crea un punto quente, que acelera a degradación localmente, o que empeora a curta e obtén un bucle de retroalimentación positiva. Ás veces, a propia célula-cura se o curto se derrite. Outras veces avanza a fuga térmica.
As probas de penetración de cravos (forzar un cravo de aceiro a través dunha cela cargada) son unha proba de abuso estándar. As células LFP normalmente non entran en fuga térmica pola penetración das uñas. As células NMC adoitan facelo, aínda que ás veces poden pasar deseños con mellores separadores e menor enerxía específica.
A Figura 5 representa a retención de capacidade fronte ao número de ciclos para varias químicas en condicións de ciclo moderado (carga/descarga 1C, 25 graos, 100 % DOD).
Estimación do estado de carga e do estado de saúde
Non se pode medir directamente canta enerxía hai nunha célula de ión litio. Hai que estimalo a partir doutras medidas: tensión, corrente e temperatura.
O método de estimación de SOC máis sinxelo está baseado en voltaxe-. Cada química ten unha curva característica de voltaxe de circuíto aberto-en función da curva SOC. Mide a tensión despois de que a célula descansase un tempo (para que a tensión transitoria caia debido á caída da resistencia interna), búscaa na curva OCV e coñeces SOC. O problema é que raramente tes tempo para que a célula descanse en aplicacións reais.
O reconto de Coulomb é o método estándar. Integras a corrente ao longo do tempo para rastrexar a carga de entrada e saída. Se comezas nun SOC coñecido, podes calcular o novo SOC en calquera momento. A precisión depende do sensor actual (±0,5 % é o típico) e de coñecer a verdadeira capacidade. Os erros acumúlanse co paso do tempo, polo que cómpre recalibrar periodicamente facendo un ciclo completo de carga ou descarga.
Os métodos baseados en modelos-utilizan un modelo de circuíto equivalente ou un modelo electroquímico da cela. Mides a tensión e a corrente dos terminales, pásaas polo teu modelo e extraes estados internos, incluíndo SOC. Os filtros de Kalman estendidos ou os observadores de estado similares son comúns. Estes enfoques poden ser moi precisos (± 2 % de erro SOC) pero requiren bos modelos e recursos computacionais significativos.
A estimación de SOH é máis difícil porque estás tentando cuantificar a degradación, que é lenta e gradual. O desvanecemento da capacidade e o crecemento da impedancia non necesariamente se correlacionan linealmente entre si nin co reconto de ciclos. Unha célula que se cargou-moito rápido pode ter unha impedancia alta pero só unha capacidade moderada esvae. Unha célula que foi almacenada a alta SOC/temperatura pode ter unha capacidade significativa de desvanecemento pero un crecemento de impedancia relativamente baixo.
A práctica do sector é definir SOH en función da capacidade: unha célula ao 80 % da súa capacidade orixinal está ao 80 % de SOH, e isto adoita considerarse fin--da vida útil das aplicacións de vehículos eléctricos. A cela aínda funciona, pero o rango reduciuse un 20%. Para aplicacións de almacenamento de enerxía, as células poden usarse ata un 60-70% de SOH.
Algúns BMS realizan comprobacións periódicas de capacidade-descargan completamente a batería a un ritmo baixo e miden a cantidade de enerxía que sae. Isto é preciso pero intrusivo (a batería non está dispoñible durante a proba) e leva horas. Outros enfoques tentan estimar a capacidade indirectamente a partir de curvas de tensión, medidas de impedancia ou eficiencia coulombica.
A resistencia interna pódese medir aplicando un pulso de corrente e medindo a resposta de tensión, ou inxectando un pequeno sinal de CA a varias frecuencias (espectroscopia de impedancia electroquímica). EIS ofrece moita máis información pero require hardware especializado que raramente está presente nos BMS comerciais.
Segundo{0}}Aplicacións de vida e reciclaxe
Cando a batería dun vehículo eléctrico chega ao final--da vida útil (normalmente o 70-80 % da capacidade orixinal), aínda funciona perfectamente para aplicacións menos esixentes. O uso de baterías de segunda vida está gañando forza para o almacenamento estacionario de enerxía.
A economía é complicada. Ten que probar o paquete retirado, potencialmente remanufacturalo (substituír o BMS, o sistema de refrixeración ou os módulos danados), certificalo para a nova aplicación e ofrecer unha garantía. Todo isto custa cartos. Para que a segunda-vida teña sentido, o paquete renovado debe custar moito menos que un paquete novo deseñado para a aplicación estacionaria. Os custos quítanse aínda que a renovación sexa inferior ao 40-50 % do custo do novo paquete, dependendo da análise de quen creas.
Probar as celas retiradas non é-trivial. Un módulo pode conter centos de celas en serie-paralelas. Non podes probalos individualmente facilmente. Podes probar o módulo como unidade, pero unha cela defectuosa pode enmascararse. Algúns modos de degradación son difíciles de detectar sen probas destrutivas. Tamén está a cuestión da responsabilidade: se unha batería de segunda-vida útil arde, quen é o responsable?
A reciclaxe é o camiño final-da-vida. A reciclaxe actual a gran-escala utiliza a pirometalurxia (fundición) ou a hidrometalurxia (lixiviación química). A pirometalurxia é máis sinxela pero menos selectiva-obtén aliaxes metálicas mixtas que precisan máis refinación. A hidrometalurxia pode recuperar metais individuais con maior pureza pero require máis pasos e xera residuos químicos.
A economía da reciclaxe depende en gran medida dos prezos dos metais. O cobalto é valioso (uns 30 -40 USD/kg históricamente, aínda que os prezos oscilan de forma espectacular), polo que reciclar produtos químicos-ricos en cobalto é económicamente viable. Vale a pena reciclar o níquel a gran escala. O manganeso, o ferro e o aluminio son metais de baixo-valor, polo que a reciclaxe ten sentido, principalmente, para evitar os vertedoiros. O litio é interesante: non é especialmente valioso por quilogramo, pero as limitacións de subministración fan que a recuperación sexa atractiva.
A reciclaxe directa-desmontar a batería e reutilizar directamente o material do cátodo ou do ánodo sen degradalo en sales metálicas-é unha área de investigación moi candente. Se puideses recuperar o po catódico en forma utilizable, aforrarías a enerxía e o custo da síntese do cátodo. Os retos inclúen separar o material activo dos colectores e aglutinantes actuais e tratar o feito de que o material reciclado é unha mestura de células de diferentes fabricantes, idades e químicas.
