충전식 배터리가 노화되는 원인은 무엇입니까? 이 배터리의 수명을 연장하기 위해 무엇을 할 수 있습니까?

오늘날 대부분의 최신 전자 제품은 충전식 배터리를 전원으로 사용합니다. 또한, 오늘날 대부분의 최신 충전식 배터리는 리튬 이온 또는 리튬 폴리머 기반입니다. 다른 장치와 마찬가지로이 충전식 배터리는 에너지를 재충전, 유지 및 방전하는 기능을 상실하므로 사용자는 장치 또는 충전식 배터리를 교체해야합니다.

배터리 내부 저항의 증가가 충전식 배터리 노화의 주요 원인이라는 것을 이해하고 있습니다. 이것이 정확합니까? 그렇다면 충전식 배터리의 내부 저항을 낮추거나 제거하기 위해 수행 할 수있는 조치입니다.

이해가 정확하지 않으면 충전식 배터리 노화의 원인은 무엇입니까?

배터리 노화의 원인을 이해하는 경우 전자 엔지니어는 충전식 배터리 수명을 연장하기 위해 충전 및 방전 회로를 어떻게 설계 할 수 있습니까?

참고 문헌 :

— 마헤 인구나와 데나
소스

참고 : 내부 저항 / 배터리 화학과 전자 회로 설계를 함께 유지했습니다.

— Mahendra Gunawardena

이 페이지 를 이미 보셨습니까 ?

— HDE 226868

이것은 많은 돈이 들어가도 만족스러운 해결책이없는 연구 개발의 인기 주제입니다. 매우 흥미로운 질문이지만, 특히 두 번째 부분은 자세하게 대답하기 쉽지 않습니다.

— Trilarion 2019

화학 엔지니어 나 화학 전문가 또는 연구자가 통찰력을 제공하기를 희망합니다. EE 관점에서 임피던스가 증가합니다. 임피던스의 증가를 어떻게 느리게 할 수 있을까요?

— Mahendra Gunawardena

내부 저항의 상승 은 근본 원인이 아니라 노화 의 증상 으로 더 잘 이해 될 수 있습니다 .

— 솔로몬 느린

오래된 충전식 배터리 (예 : 니켈 카드뮴 ( ) 및 니켈 금속 수 소화물 ( )) 를 괴롭히는 문제 중 하나는 메모리 효과 였습니다. 충전식 배터리가 완전히 방전되지 않으면 메모리 효과가 발생합니다. 그런 다음 생각보다 용량이 큰 것을 잊어 버리므로 앞으로는 더 적게 방전됩니다. $\text{NiCad}$ $\text{NiMH}$

좋은 예가 물병입니다. 처음에 물병에는 일정한 물 용량이 있습니다. 한 번 사용하는 동안 물병에 대부분의 물을 마신다고 가정 해 봅시다. 기억 효과가 물병에 영향을 미쳤다면, 나는 마지막에 취하지 않은 물을 담은 공간을 차지할 미래에 물을 마실 수 없었을 것입니다. 그 여분의 공간은 영원히 사라질 것입니다. 시간이 지남에 따라 충전식 배터리가 소모 될 수 있습니다. 다행히 이것은 일반적으로 및 충전식 배터리 에만 영향을줍니다 $\text{NiCad}$ $\text{NiMH}$ .

리튬 이온 배터리에만 영향을 미치는 영향에 대해서는 많이 찾지 못했지만 전반적으로 많은 요소가 있습니다. 짧은 목록은 다음과 같습니다.

화학 물질 분해
패시베이션 (리튬 이온 배터리에 영향을 미침) : 배터리 셀에 원하지 않는 화학 물질 층이 형성 될 때입니다. 이 페이지 4258의 관련 현상에 대해 설명합니다 :

불행하게도, 재충전시, 리튬은 일반적인 액체 유기 용매에서 이끼 침착 물 및 수상 돌기를 형성하는 경향이 강하다 (도 15B 참조). 이는 안전 수명의 위험을 증가시킬뿐만 아니라 사이클 수명을 100-150 사이클 (상업용 셀에 필요한 300 사이클보다 상당히 낮음)로 제한합니다.
기계적 스트레스와 누출. 배터리는 다양한 방식으로 손상되어 내부 부품이 파손되고 화학 물질이 누출 될 수 있습니다. 이것은 인간에게 매우 위험 할 수 있습니다.

배터리 노화를 증가시키는 다른 장기적인 요인이 있습니다. 위 목록에 링크 된 페이지는 Arrhenius 방정식을 좋아하는 것 같습니다 : 이것은 온도 변화에 따라 화학 반응 속도가 변한다는 것을 보여줍니다. 고온은 반응이 빠르지 만 수명이 짧다는 의미입니다. 비 충전식 배터리에 큰 영향을 줄 수 있습니다.

k = A e^{- E_{a} / R T}

$k=Ae^{-E_a/RT}$

마지막으로, 자체 방전 현상이 있는데, 이는 배터리의 원치 않는 반응이 배터리 용량에 따라 "먹히는"경우입니다. 프로세스는 배터리 유형에 따라 다를 수 있습니다 . Battery University에 페이지 가 있는데 이미 보셨을 것입니다. 온도가이 과정을 가속화 할 수 있음을 반복합니다. 리튬 이온 배터리는 처음 24 시간 내에 5 % 정도 방전되어 그 이후 한 달에 1-2 %로 느려질 수 있습니다.

— HDE 226868
소스

메모리 효과의 원인은 무엇입니까? 수상 돌기는 어떻게 해롭습니까? 자체 방전이 장기 용량 손실에 기여합니까? 아니면 해당 충전에서 용량 만 사용합니까?

— Rick

@Rick Wikipedia 는 하나의 관련 일시적인 프로세스와 그 배후의 메커니즘을 제공합니다. 배터리의 과충전을 반복하여 전압 저하가 발생하여 플레이트에 작은 전해질 결정이 형성됩니다. 플레이트가 막히면 저항이 증가하고 배터리의 일부 개별 셀의 전압이 낮아질 수 있습니다. 이로 인해 개별 셀이 빠르게 방전되고 배터리의 전압이 갑자기 떨어지면서 배터리 전체가 빠르게 방전되는 것처럼 보입니다.

— HDE 226868

다시 "메모리 효과를." z80.info/nicd2.txt를 확인하십시오 . 짧은 버전은 그렇습니다. 그러한 효과가 있지만 그에 대해 비난받은 대부분 의 문제는 실제로 다른 문제 (특히, 제대로 설계되지 않은 물방울 충전기) 때문이었습니다. 이 정보는 궁극적 으로 우주 임무를 수행하기 위해 계획 한 배터리를 이해 하기 위해 많은 돈을 기꺼이 썼던 NASA 엔지니어들이 제공 한 것 입니다.

— 솔로몬 느린