السبب وراء خوف بطاريات الليثيوم من البرد يرتبط بشكل أساسي بتفاعلاتها الكيميائية الداخلية وخصائصها الفيزيائية.
1 تباطؤ معدل التفاعل الكيميائي
أثناء عملية الشحن والتفريغ لبطاريات الليثيوم، فإنها تنطوي على هجرة أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، بالإضافة إلى التفاعلات الكيميائية للمواد النشطة للقطب الكهربائي. تتطلب هذه التفاعلات قدرًا معينًا من الطاقة للتغلب على حاجز طاقة التنشيط، مما يسمح بنقل الإلكترون وتحويل المواد.
وفي البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، فإن معدل هذه التفاعلات الكيميائية سوف يتباطأ بشكل ملحوظ لأن الحركة الجزيئية للمواد المتفاعلة تتباطأ، ويقل تردد التصادم، ويصبح تنفيذ التفاعلات صعبًا. ولذلك، فإن أداء بطاريات الليثيوم في درجات الحرارة المنخفضة سوف يتأثر، ويتجلى ذلك في انخفاض السعة وانخفاض معدل الأداء.
2 انخفاض ذوبان المادة الفعالة في القطب
ستنخفض قابلية ذوبان المواد النشطة في القطب الكهربائي داخل بطاريات الليثيوم عند درجات الحرارة المنخفضة. وهذا يعني أنه في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة، فإن تركيز المواد الفعالة للقطب الكهربائي في المنحل بالكهرباء سوف ينخفض، وبالتالي تقليل كمية المواد الفعالة المتاحة للتفاعل. وهذا يقلل أيضًا من قدرة البطارية على الشحن والتفريغ، مما يؤدي إلى انخفاض أداء البطارية.
3 انخفاض سيولة المنحل بالكهرباء
يمكن أن يصبح المنحل بالكهرباء الموجود في بطاريات الليثيوم لزجًا وحتى متصلبًا جزئيًا عند درجات حرارة منخفضة. سيؤدي ذلك إلى انخفاض في التوصيل الأيوني للكهارل، أي أن سرعة هجرة الأيونات في المنحل بالكهرباء تتباطأ.
نظرًا للدور الحاسم الذي تلعبه هجرة الأيونات في عمليات شحن وتفريغ البطارية، فإن انخفاض سيولة الإلكتروليت يؤثر بشكل مباشر على جهد الخرج وطاقة البطارية.
4 تزداد المقاومة الداخلية للبطارية
في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، ستزداد مقاومة المواد المختلفة داخل بطاريات الليثيوم، مثل الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات. سيؤدي ذلك إلى زيادة المقاومة الداخلية للبطارية، وبالتالي تقليل قدرتها الفعالة ووقت التفريغ. وفي الوقت نفسه، فإن الزيادة في المقاومة الداخلية ستولد أيضًا المزيد من الحرارة أثناء عملية الشحن والتفريغ للبطارية، مما يؤثر بشكل أكبر على أدائها وسلامتها.
5 ظاهرة ترسيب الليثيوم القطب السالب
أثناء الشحن في درجات حرارة منخفضة، يمكن لأيونات الليثيوم أن تشكل بسهولة تشعبات الليثيوم على سطح القطب السالب. قد تؤدي تشعبات الليثيوم هذه إلى ثقب الفاصل، مما يتسبب في حدوث دوائر قصيرة داخلية في البطارية ومن المحتمل أن يؤدي إلى حوادث تتعلق بالسلامة. بالإضافة إلى ذلك، يتفاعل معدن الليثيوم المترسب مع الإلكتروليت لتكوين رواسب، مما يزيد من سمك واجهة الإلكتروليت الصلبة (SEI) ويؤثر بشكل أكبر على أداء البطارية في درجات الحرارة المنخفضة.
6 ما هي الحلول للتعامل مع الخوف من انخفاض درجة الحرارة في بطاريات الليثيوم؟
1. تحسين مواد البطارية وتصميمها
تحسين المنحل بالكهرباء:استخدم إلكتروليتًا غير متجمد لضمان قدرة جيدة على نقل الأيونات في درجات حرارة منخفضة. تحسين مواد القطب وتصميم هيكل البطارية، وتصميم الهيكل الداخلي للبطارية بشكل عقلاني، وتقليل الفراغات الداخلية، وتعزيز التوصيل الحراري للبطارية.
2. تحسين نظام إدارة البطارية
نظام ذكي للتحكم في درجة الحرارة:أضف أجهزة استشعار لدرجة الحرارة داخل البطارية لمراقبة التغيرات في درجة الحرارة في الوقت الحقيقي.
اتخذ إجراءات التسخين أو التبريد وفقًا لدرجة حرارة البطارية للتأكد من قدرة البطارية على الحفاظ على درجة حرارة عمل مناسبة في بيئة منخفضة الحرارة.
تقنية التسخين المسبق للبطارية:
قم بتسخين البطارية إلى درجة حرارة مناسبة قبل الاستخدام لتحسين أداء بطارية الليثيوم في درجات الحرارة المنخفضة.
ويمكن تحقيق ذلك من خلال وظيفة التسخين المسبق لنظام التسخين المسبق للسيارة أو محطة الشحن المنزلية.
تعديل استراتيجية الشحن:
اعتماد الشحن البطيء في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة لتقليل المقاومة الداخلية ومعدل التفاعل الكهروكيميائي للبطارية.
حماية البطارية من التلف الناتج عن الشحن الزائد والتفريغ عن طريق التحكم في تيار وجهد البطارية.
3. اقتراحات وإجراءات المستخدم
تجنب ركن السيارة لفترة طويلة في درجات حرارة منخفضة:حاول تجنب ركن السيارة في بيئة منخفضة الحرارة لفترة طويلة لتقليل الانخفاض السريع في طاقة البطارية.
تهمة حسب الحاجة:اتبع مبدأ "الشحن حسب الحاجة" لتجنب انخفاض مستوى شحن البطارية للغاية والتأثير على الاستخدام العادي.
اختيار مواد عزل عالية الجودة:تغليف بطارية الليثيوم بمواد عازلة متخصصة لزيادة درجة حرارتها.
الاهتمام بشراء مواد عزل عالية الجودة لضمان فعالية العزل.