Основи технології літій-іонних акумуляторів

Літій-іонні батареї насправді не «генерують» енергію так, як думає більшість людей. Вони накопичують електричну енергію за допомогою оборотних електрохімічних реакцій, а потім вивільняють її, коли зовнішній ланцюг вимагає струму. Плутанина з цього приводу часто виникає на нарадах щодо дизайнерів, особливо коли хтось намагається визначити розмір акумуляторної батареї вперше.

Під час розрядки відбувається дві речі. Спочатку іони літію мігрують від негативного електрода (анода) через електроліт і сепаратор до позитивного електрода (катода). По-друге, електрони течуть по зовнішньому контуру від анода до катода, виконуючи корисну роботу. Під час заряджання ви змінюєте процес, застосовуючи зовнішню напругу, яка змушує іони та електрони рухатися у протилежному напрямку.

Напруга, яку виробляє осередок, повністю залежить від обраних вами матеріалів електродів та їхніх відповідних електрохімічних потенціалів. Новий елемент, який стоїть на полиці без навантаження, показуватиме напругу-розімкнутого ланцюга-зазвичай приблизно від 3,6 до 3,7 В для більшості літій-іонних хімікатів, хоча це число змінюється залежно від стану заряду та температури. Коли ви підключаєте навантаження і починаєте споживати струм, напруга падає через внутрішній опір. Те, скільки воно падає, багато говорить про здоров’я клітини.

Lithium Ion Battery Technology

Усі літієво-іонні елементи мають однаковий основний принцип роботи, але хімічний склад сильно відрізняється. Матеріал катода значною мірою визначає робочі характеристики елемента-щільність енергії, потужність, термін служби, термічну стабільність і вартість.

Шаруваті оксидні катоди були першою комерційною хімією. Sony представила їх ще в 1991 році з LiCoO₂ (літій-кобальт оксид), який досі використовується в споживчій електроніці, де щільність енергії має більше значення, ніж вартість або запас безпеки. Ці клітини містять приблизно 150-200 Вт·год/кг на рівні клітини. Однак кобальт дорогий, а хімічний склад стає нестабільним вище 150 градусів. Ми спостерігали, як теплова втеча починається при низькій температурі 130 градусів у зловживаних клітинах.

У середині-1990-х років прагнення до кращої безпеки та зниження вартості призвело до появи LiMn₂O₄ (літій-марганцевий оксид). Марганець дуже дешевий, а структура шпінелі за своєю суттю більш стабільна. Ці клітини не втечуть, поки ви не перевищите 250 градусів, як правило. Компроміс? Щільність енергії падає до 100-120 Вт·год/кг, а марганець з часом розчиняється в електроліті, особливо при підвищених температурах. Термін служби циклу страждає - ви дивитесь на, можливо, 300-700 циклів, перш ніж потужність впаде нижче 80%.

LiFePO₄ (літій-залізофосфат) з’явився приблизно в 2001 році та змінив розмову про безпеку. Структура олівіну термічно тверда-; тепловий витік не відбувається, поки не перевищує 270 градусів, і навіть тоді він менш інтенсивний. Термін служби надзвичайний - 2, 000+ цикли до 80% ємності є стандартними, а деякі клітини були протестовані після 5000 циклів. Мінусом є напруга: лише 3,2 В номінально, а щільність енергії обмежена 90-120 Вт·год/кг. Крім того, ситуація з патентами на фосфати була безладною протягом багатьох років.

NMC (літій-нікель-оксид марганцю, кобальту) і NCA (літій-нікель-кобальт-оксид алюмінію) виникли як «збалансовані» хімічні речовини. Змішуючи нікель, марганець і кобальт у різних співвідношеннях-поширеними є NMC 111, 532, 622 і 811, де цифри вказують на відносний вміст металу-ви можете налаштувати продуктивність. Більш високий вміст нікелю підвищує щільність енергії до 200-250 Вт·год/кг, але ціною термічної стабільності та тривалості циклу. Елементи NMC 811 можуть досягати 250 Вт-год/кг, але потребують набагато більш ретельного керування температурою.

З боку анода графіт є стандартом з першого дня. Теоретична ємність становить 372 мАг/г, а комерційні елементи зазвичай досягають 340-360 мАг/г. Під час заряджання літій проникає між шарами графену, збільшуючи об’єм графіту приблизно на 10%. Ця механічна напруга сприяє зниженню ємності під час циклічного циклу.

Кремнієві аноди вже близько п’ятнадцяти років є «наступною великою річчю». Теоретична ємність кремнію становить 4200 мАг/г-, що в десять разів перевищує потужність графіту. Проблема в тому, що кремній розширюється на 300%, коли він поглинає літій. Це розбиває анод на частини після кількох циклів. Сучасні підходи використовують суміші кремнієвого-графіту з вмістом кремнію, як правило, нижче 10 %, щоб розширення було керованим. Незважаючи на це, незворотна втрата ємності в першому-циклі становить 15-25% для анодів, що містять кремній, проти 5-10% для чистого графіту.

Циліндричні елементи – це, ймовірно, те, що більшість людей уявляють, коли думають про «акумулятор». Формат 18650 (діаметр 18 мм, довжина 65 мм) став повсюдним після того, як виробники ноутбуків стандартизували його на початку 2000-х років. Відомо, що Tesla використовувала тисячі з них у оригінальному родстері. Типова ємність 18650 становить 2000-3500 мАг залежно від хімії та того, чи оптимізуєте ви енергію чи потужність.

Новий формат 21700 (21 мм × 70 мм), який Tesla і Panasonic спільно розробили, пропонує приблизно на 50% більше енергії на комірку - 4000-5000 мАг зараз є поширеним. Більший діаметр збільшує співвідношення активного матеріалу до неактивних компонентів (струмоприймачі, банки, запобіжні пристрої), покращуючи щільність енергії на рівні упаковки. Виробничі лінії довелося переоснастити, тому впровадження зайняло деякий час.

Призматичні клітини виникли в результаті бажання автомобільної промисловості краще використовувати простір. Замість того, щоб заповнювати коробку циліндрами та залишати весь цей порожній простір, ви створюєте прямокутні комірки, які ефективно складаються. Ємність призматичних акумуляторів-автомобільного типу становить від 20 А·год до понад 100 А·год. Ними легше керувати-теплом з точки зору пакування, оскільки ви можете поставити охолоджувальні пластини безпосередньо до плоских сторін. Недоліком є те, що всі ваші яйця зберігаються в меншій кількості кошиків-якщо одна велика призматична комірка виходить з ладу, ви втрачаєте більше ємності, ніж якщо виходить з ладу одна маленька циліндрична комірка.

Пакетні комірки розширюють ідею економії простору, повністю виключаючи металеву банку. Ячейка запечатана в гнучкому алюмінієвому-мішечку з ламінату. Це економить приблизно 10{4}}15% ваги порівняно з призматичною банкою, а формат є надзвичайно гнучким – ви можете зробити їх будь-якого розміру чи форми, які потрібні для застосування. Вони подобаються виробникам електромобілів, тому що їх можна складати безпосередньо в охолоджувальні плити. Слабкість — механічна: їм потрібне зовнішнє стиснення, щоб запобігти розшаруванню електродів під час циклу, і вони більш вразливі до пошкоджень проколів.

Lithium Ion Battery Technology

Сепаратору не приділяється багато уваги, але це, мабуть, найважливіший компонент безпеки. Це тонка (зазвичай 16-25 мкм) пориста мембрана, яка запобігає дотику анода та катода, пропускаючи іони літію. Ранні сепаратори були одношаровими поліетиленовими (PE) або поліпропіленовими (PP).

Сучасні високопродуктивні-сепаратори використовують тришарові структури, зазвичай PP/PE/PP. Шар PE має нижчу температуру плавлення (135 градусів), ніж PP (165 градусів). Якщо клітина починає перегріватися, PE плавиться і заповнює пори, припиняючи іонний транспорт до того, як температура досягне небезпечного рівня. Це називається тепловим відключенням, і це ваша остання лінія захисту перед тепловою втечею.

Сепаратори з керамічним -покриттям додають ще один запас безпеки. Тонке (2-4 мкм) покриття з оксиду алюмінію або інших керамічних частинок на одній або обох сторонах сепаратора зберігає структурну цілісність, навіть якщо полімер плавиться. Покриття досить пористе, щоб іонний транспорт продовжувався, але воно запобігає короткому-замиканню електрода навіть при температурах вище 150 градусів. Недоліком є вартість сепараторів із-керамічним-покриттям у 2–3 рази дорожча за стандартні сепаратори та дещо вищий імпеданс.

Пористість зазвичай становить 40-50%. Занадто низький і іонний опір зростає, обмежуючи потужність. Занадто висока і страждає механічна міцність. Розподіл розмірів пор також має значення; число Герлі (тест на повітропроникність) є стандартною специфікацією. Більшість сепараторів класу EV націлені на 200-400 секунд/100 куб.

Електроліт у літій-іонному елементі складніший, ніж ви думаєте. Основний склад зазвичай являє собою сіль літію-LiPF₆ (гексафторфосфат літію) у 95%+ клітин-, розчинену в суміші органічних карбонатів. Загальні розчинники включають етиленкарбонат (EC), диметилкарбонат (DMC), діетилкарбонат (DEC) і етилметилкарбонат (EMC).

Концентрація LiPF₆ зазвичай становить приблизно від 1,0 до 1,2 М (молярна). Вища концентрація покращує іонну провідність до деякої точки, але понад 1,3 М або близько того ви починаєте отримувати сіль у вигляді осаду за низьких температур. LiPF₆ має проблеми-він чутливий до вологи-і починає розкладатися при температурі вище 60 градусів -але альтернативи, такі як LiBOB або LiFSI, ще не витіснили його через вартість чи інші компроміси.

Суміш карбонатних розчинників налаштовується відповідно до застосування. EC має високу діелектричну проникність і хороші властивості SEI-утворення, але він замерзає при 36 градусах. Вам потрібно змішати його з карбонатами меншої-в’язкості, такими як DMC або EMC, щоб підтримувати низькі{5}}температурні характеристики. Типовий склад може бути EC:DMC 1:1 за об’ємом або EC:EMC 3:7. Точні співвідношення є власністю та ретельно охороняються.

З добавками відбувається справжня хімічна магія. Сучасні електроліти містять 2-5% за вагою різних добавок, які змінюють утворення SEI, запобігають перезаряду, пригнічують газоутворення або покращують стабільність при високих-температурах. Вініленкарбонат (VC) у кількості 1-2% є майже універсальним для покращення якості SEI на графітових анодах. Фторетиленкарбонат (FEC) краще підходить для анодів, що містять кремній. Ці сполуки переважно відновлюються під час початкових циклів заряджання, утворюючи захисний шар на аноді, який є іонно провідним, але має електронну ізоляцію.

Добавки для захисту від перезаряду, такі як біфеніл або циклогексилбензол, починають полімеризуватися близько 4,5 В, створюючи внутрішній шунт, який запобігає подальшому зростанню напруги. Це дає вам певний захист у разі збою BMS, хоча покладатися на нього, очевидно, не є найкращою практикою проектування.

SEI, мабуть, найменш зрозумілий, але найважливіший аспект роботи літій-іонної батареї. Під час перших кількох циклів зарядки компоненти електроліту реагують з поверхнею анода, утворюючи пасивуючий шар. Цей шар має вирішальне значення: він має бути іонопровідним (щоб пропускати іони літію), але електроізоляційним (щоб запобігти подальшому розкладанню електроліту). Склад SEI — це безлад-десятків солей літію, органічних сполук і полімерів, змішаних разом у шарі товщиною 10–100 нм.

Хороше формування SEI – це різниця між клітиною, яка циклює 500 разів, і клітиною, яка циклює 3000 разів. Проблема в тому, що SEI не є статичним. Він тріскається під час змін об’єму в аноді, оголюючи свіжу поверхню, яка споживає більше електроліту та літію для усунення пошкоджень. Ось чому ємність зменшується під час циклічної роботи, навіть якщо ви дбайливо ставитесь до клітини.

Цикл формування є критично важливим етапом виробництва. Клітини проходять один або кілька повільних циклів заряду-розряду за контрольованих температур, щоб встановити початковий SEI. Протоколи формування є запатентованими, але типові швидкості заряджання за перший-цикл C/20 до C/10, і процес може тривати 24-48 годин. Виробники оптимізують межі напруги пласта, температуру, періоди відпочинку та схеми циклів, щоб отримати найбільш стабільний SEI. Зробивши це неправильно, ви втратите життя.

Старіння календаря-втрата ємності, навіть коли комірка просто стоїть там-це також значною мірою явище SEI. SEI продовжує повільно зростати при розімкнутому контурі, споживаючи циклічний літій. Зберігання при високому заряді та високій температурі прискорює це. Елемент, що зберігається при 100% SOC і 60 градусах, може втратити 20% ємності за рік, тоді як той самий елемент при 50% SOC і 25 градусах може втратити 3%.

Літій-іонні елементи чутливі до перезаряду, надмірного-розряду та заряджання за невідповідних температур. Ось чому кожна багато-елементна акумуляторна батарея потребує BMS (система керування акумулятором).

Стандартним методом заряджання є постійний струм/постійна напруга (CC-CV). Під час фази CC ви пропускаєте струм у комірку з фіксованою швидкістю-зазвичай від 0,5C до 1C для більшості комірок, хоча деякі високо-елементи потужності можуть витримувати 3C або більше. Напруга зростає, коли клітина заряджається. Коли напруга досягає верхньої межі (4,2 В для більшості хімікатів, 3,65 В для LFP, 4,3 В або 4,35 В для деяких -вариантів NMC з високою енергією), ви перемикаєтеся в режим CV. Струм зменшується, коли елемент наближається до повного заряду, зазвичай вимикається, коли струм падає нижче C/20 або C/50.

Швидка зарядка складніша. Вищі рівні заряду прискорюють нанесення літію на анод, що є небезпечним-металічний літій має високу реакційну здатність і може призвести до внутрішнього замикання або утворення дендритів, які проникають у сепаратор. Щоб безпечно -швидко заряджати, потрібно розуміти, як напруга, струм і температура взаємодіють із умовами появи літієвого покриття.

Проблема в тому, що ви не можете виміряти літієве покриття безпосередньо в герметичній камері. Ви повинні зробити висновок з інших сигналів. Одним із підходів є відстеження потенціалу анода порівняно з еталонним металевим літієм. Якщо потенціал анода падає нижче 0 В порівняно з Li/Li⁺, відбувається покриття. Проблема в тому, що більшість комерційних елементів не мають електродів порівняння.

Підвищення температури під час швидкої зарядки також має значення. Внутрішня температура елемента, який заряджається при 2C, може піднятися на 15-20 градусів вище температури навколишнього середовища навіть за активного охолодження. За низьких температур це насправді корисно-охолоджений елемент (скажімо, -10 градусів) має дуже низьку енергоємність, але якщо ви можете розігріти його, заряджаючи на помірній швидкості (0,5C), ефективність покращується. Деякі електромобілі насправді роблять це навмисно: у холодну погоду вони запускають короткий зарядний імпульс високого струму, щоб нагріти батарею, перш ніж водій потребує високої потужності для прискорення.

Балансування комірок необхідне, оскільки комірки в серії ніколи не залишаються ідеально узгодженими. Виробничі допуски, невеликі відмінності в -швидкостях саморозряду та температурні градієнти в упаковці спричиняють дрейф напруги. Якщо ви заряджаєте послідовний рядок без балансування, деякі елементи досягають верхньої межі напруги раніше за інших. Сильні елементи заряджаються недостатньо, слабкі елементи перезаряджаються, і продуктивність страждає.

У пасивному балансуванні використовуються резистори, щоб відводити енергію від елементів з високою-напругою. Це просто і дешево, але витрачає енергію як тепло. Активне балансування використовує DC-перетворювачі постійного струму або конденсатори для передачі енергії від високих елементів до низьких. Ефективніше, складніше, дорожче. Для блока електромобілів на 400 В пасивне балансування може безперервно витрачати 50-100 Вт, що незначно порівняно з потужністю приводу, але з часом збільшується.

Lithium Ion Battery Technology

Вироблення тепла в літій-іонному елементі відбувається з трьох джерел: необоротне тепло (Джоулев нагрів від внутрішнього опору), оборотне тепло (зміна ентропії електрохімічної реакції) і тепло від побічних реакцій. При низьких і помірних рівнях C- переважає оборотне тепло. При високих показниках C- переходить необоротне тепло.

Оборотний тепловий член цікавий тим, що він змінює знак залежно від SOC. Для більшості літій-іонних хімікатів зарядка генерує тепло при низькому SOC, але поглинає тепло при високому SOC. Розрядка робить навпаки. Точка перетину зазвичай становить близько 50-60% SOC. Ось чому ви можете побачити фактичне падіння температури елемента під час останньої фази заряджання, якщо струм достатньо низький.

Внутрішній опір змінюється залежно від температури, SOC і старіння. При 25 градусах новий елемент 18650 може мати опір постійному струму 40-60 міліом. При -20 градусах це може підскочити до 200-300 міліом. Ось чому пробіг електромобіля в холодну погоду так різко зменшується. Хімія не тільки повільнішає за низьких температур, але й збільшення внутрішнього опору означає, що більше енергії батареї витрачається на тепло всередині елемента.

Поріг термічного відходу залежить від хімії. Для клітин NMC реакції екзотермічного розкладання починаються приблизно при 180-220 градусах. Після початку температура може підвищуватися на 10-50 градусів за секунду, досягаючи 800 градусів або вище. LFP набагато безпечніше; початок теплового розгону становить 270 градусів +, а досягнута максимальна температура нижча.

Розмноження між клітинами в зграї є реальною небезпекою. Якщо одна клітина переходить у тепловий режим, вона нагріває своїх сусідів. Чи втечуть сусідні клітини також залежить від можливостей охолодження, відстані між клітинами та ізоляції. Випробування на розповсюдження UL 9540A імітує це, змушуючи одну комірку перейти до теплової розбіжності та контролюючи, чи слідують сусідні комірки. Хороший дизайн упаковки містить відмову в одній комірці або щонайбільше невеликому модулі.

Стратегії охолодження відрізняються. Повітряне охолодження – це найпростіший-обдув камери або пакета повітрям. Добре працює для додатків із низькою щільністю енергоспоживання, таких як PHEV або системи зберігання енергії. Рідинне охолодження необхідне для-високопродуктивних електромобілів. У більшості конструкцій використовується суміш вода-гліколю 50:50 зі швидкістю 10-25 літрів на хвилину через холодні пластини або канали охолодження. Температура на вході зазвичай контролюється на рівні 20-35 градусів. Температурні градієнти акумуляторної батареї повинні залишатися нижче 5 градусів максимум до мінімуму, щоб уникнути прискореного старіння найгарячіших елементів.

У деяких експериментальних конструкціях використовується охолодження холодоагентом, охолодження зануренням у діелектричну рідину або фазо-матеріали. Охолодження холодоагентом може відводити більше тепла, але вимагає складнішої системи змінного струму. Занурювальне охолодження має відмінні коефіцієнти теплопередачі (500-2000 Вт/м²K проти 50-150 Вт/м²K для непрямого рідинного охолодження), але герметизація та сумісність рідини є проблемами. PCM працюють пасивно, але зрештою повинні відводити накопичене тепло, тому вони в основному допомагають у тимчасовому охолодженні під час швидкого заряджання або сильного прискорення.

Зниження ємності та зростання імпедансу є двома основними механізмами погіршення. Вони спричинені кількома різними фізичними та хімічними процесами, що відбуваються одночасно.

З боку анода зростання SEI споживає циклічний літій та електроліт, збільшуючи опір. Відшарування графіту може статися, якщо елемент заряджається при низьких температурах-літієві пластини на поверхні графіту замість інтеркаляції, і коли він врешті-решт інтеркалюється, це руйнує структуру графіту. Це часто необоротно. Розкладання сполучного при підвищених температурах викликає втрату електричного контакту між частинками.

Деградація катода включає розчинення перехідного металу (особливо марганцю в LMO або NMC, що містить-марганець), структурні зміни в результаті повторного введення/вилучення літію та реконструкцію поверхні катодів із високим-нікелем. Розчинені перехідні метали мігрують до анода, де вони каталізують зростання SEI, тому деградація катода опосередковано прискорює деградацію анода.

Розкладання електроліту та утворення газу є більш серйозними проблемами при високій напрузі та високих температурах. Звичайні гази включають CO₂, CO та різні вуглеводні, що утворюються при розкладанні карбонатів. У мішечних клітинах ви побачите, що мішечок помітно здувається. У циліндричних або призматичних комірках із твердим корпусом тиск зростає, поки не відкриється запобіжний вентиляційний отвір (зазвичай 10-15 бар).

Втрата запасів літію є основним механізмом зникнення. Кожного разу, коли SEI зростає або літієві пластини безповоротно з’являються на аноді, частина літію вилучається з пулу циклічного літію. Зрештою ви закінчуєтеся, і ємність падає.

Раптові збої можуть виникнути через внутрішні короткі замикання. Більшість шортів починаються з малого-крихітна частинка металу пробиває роздільник або проростає літієвий дендрит. Коротке замикання створює гарячу точку, яка локально прискорює деградацію, що погіршує замикання, і ви отримуєте позитивну петлю зворотного зв’язку. Іноді клітина само-відновлюється, якщо коротке розплавлення само відкривається. В інших випадках він прогресує до термічної втечі.

Тести на проникнення цвяхів (проведення сталевого цвяха через заряджену комірку) є стандартним тестом на зловживання. Клітини LFP, як правило, не переходять у термічну втечу від проникнення цвяха. Комірки NMC часто це роблять, хоча конструкції з кращими сепараторами та меншою питомою енергією іноді можуть проходити.

На рисунку 5 показано графіки збереження ємності та кількості циклів для кількох хімікатів за умов помірного циклу (1C заряд/розряд, 25 градусів, 100% DOD).

Ви не можете безпосередньо виміряти, скільки енергії міститься в літій-іонному елементі. Ви повинні оцінити його з інших вимірювань: напруги, струму та температури.

Найпростішим методом оцінки SOC є-напруга. Кожна хімія має характерну-криву напруги розімкнутого ланцюга від SOC. Виміряйте напругу після того, як елемент деякий час відпочиє (щоб дозволити перехідним падінням напруги, викликаним спадом внутрішнього опору), подивіться на кривій OCV, і ви знаєте SOC. Проблема в тому, що у реальних програмах у вас рідко є час, щоб клітина відпочила.

Кулонівський підрахунок є стандартним підходом. Ви об’єднуєте струм у часі, щоб відстежувати вхідний і вихідний заряд. Якщо ви починаєте з відомого SOC, ви можете розрахувати новий SOC у будь-який час. Точність залежить від поточного датчика (типово ±0,5%) і знання справжньої ємності. Помилки накопичуються з часом, тому вам потрібно періодично повторно калібрувати, виконуючи повний цикл заряджання або розряджання.

Методи-на основі моделі використовують модель еквівалентної схеми або електрохімічну модель комірки. Ви вимірюєте напругу та струм на клемах, пропускаєте їх через свою модель і витягуєте внутрішні стани, включаючи SOC. Звичайними є розширені фільтри Калмана або подібні спостерігачі стану. Ці підходи можуть бути дуже точними (похибка ±2% SOC), але вимагають хороших моделей і значних обчислювальних ресурсів.

Оцінка SOH складніша, тому що ви намагаєтеся кількісно визначити деградацію, яка є повільною та поступовою. Згасання ємності та зростання імпедансу не обов’язково лінійно корелюють один з одним або з кількістю циклів. Елемент, який швидко{2}}заряджався багато, може мати високий імпеданс, але лише помірне зменшення ємності. Комірка, яка зберігалася при високій SOC/температурі, може мати значне зниження ємності, але відносно низьке зростання імпедансу.

Практика промисловості полягає в тому, щоб визначити SOH на основі ємності: клітина з 80% початкової ємності має 80% SOH, і це часто вважається кінцем--життєвого циклу для електромобілів. Комірка все ще працює, але радіус дії зменшився на 20%. Для програм накопичення енергії клітини можуть використовуватися до 60-70% SOH.

Деякі BMS періодично перевіряють ємність, -повністю розряджають батарею на низькій швидкості та вимірюють, скільки енергії виходить. Це точне, але нав’язливе (батарея недоступна під час тесту) і займає години. Інші підходи намагаються оцінити ємність опосередковано з кривих напруги, вимірювань імпедансу або кулонівської ефективності.

Внутрішній опір можна виміряти, застосувавши імпульс струму та вимірявши характеристику напруги, або шляхом введення невеликого сигналу змінного струму на різних частотах (спектроскопія електрохімічного опору). EIS надає набагато більше інформації, але вимагає спеціального обладнання, яке рідко присутнє в комерційних BMS.

Lithium Ion Battery Technology

Коли термін служби батареї електромобіля закінчується--(зазвичай 70-80% від початкової ємності), вона все ще ідеально функціонує для менш вимогливих додатків. Використання акумуляторів другого терміну служби набирає обертів для стаціонарного зберігання енергії.

Економіка складна. Ви повинні перевірити вилучений пакет, потенційно переробити його (замінити BMS, систему охолодження або пошкоджені модулі), сертифікувати його для нової програми та надати гарантію. Все це коштує грошей. Щоб друге-життя мало сенс, оновлена упаковка має коштувати значно менше, ніж нова упаковка, призначена для стаціонарного використання. Витрати компенсуються, навіть якщо ремонт становить менше 40-50% вартості нової упаковки, залежно від того, чиєму аналізу ви вірите.

Тестування вилучених клітин є нетривіальним-. Модуль може містити сотні послідовно-паралельних клітинок. Ви не можете легко перевірити їх окремо. Ви можете перевірити модуль як одиницю, але одна несправна комірка може замаскуватися. Деякі режими деградації важко виявити без руйнівного тестування. Існує також питання про відповідальність: якщо батарея з другим-життям служби загориться, хто відповідальний?

Переробка – це остаточний-кінець-життєвого шляху. Сучасна широкомасштабна-переробка використовує пірометалургію (плавлення) або гідрометалургію (хімічне вилуговування). Пірометалургія простіша, але менш вибіркова-ви отримуєте змішані металеві сплави, які потребують подальшого очищення. Гідрометалургія може відновлювати окремі метали з вищою чистотою, але вимагає більше кроків і створює хімічні відходи.

Економіка переробки значною мірою залежить від цін на метал. Кобальт є цінним (приблизно $30-40/кг історично, хоча ціни різко коливаються), тому переробка-збагачених кобальтом хімікатів є економічно вигідною. Нікель вартий масштабної переробки. Марганець, залізо й алюміній є низько-цінніми металами, тому переробка має сенс головним чином для того, щоб вони не потрапляли на звалища. Літій цікавий — він не дуже цінний за кілограм, але обмеження щодо постачання роблять відновлення привабливим.

Пряма вторинна переробка-розбирання батареї та повторне використання безпосередньо катодного чи анодного матеріалу без розкладання на солі металів-є гарячою областю досліджень. Якби ви могли відновити катодний порошок у придатній для використання формі, ви заощадили б енергію та вартість катодного синтезу. Проблеми включають відділення активного матеріалу від струмоприймачів і сполучних речовин, а також роботу з тим фактом, що перероблений матеріал є сумішшю клітин різних виробників, віку та хімічного складу.