Degradační mechanismy lithium-iontových baterií (3. díl)

Třetí díl se zaměří na problematiku účinnosti baterií. Lithium-iontové baterie mají velmi vysokou účinnost oproti ostatním typům baterií. Pro připomenutí, první díl se věnoval obecné definici životnosti. Druhý díl jednotlivým degradačním mechanismům a dobrým radám na prodloužení životnosti. Nábojová účinnost je jeden ze základních parametrů určující kvalitu a životnost lithium-iontové baterie.

Nábojová účinnost

Měřítko toho, kolik náboje lze z baterie vybít oproti tomu, kolik je ho potřeba do baterie dobít, se nazývá nábojová nebo také faradaická účinnost. Lithium-iontové baterie mají velmi vysokou nábojovou účinnost, hlavně v porovnání s ostatními druhy baterií. Nedochází v nich totiž ke klasickým redoxním reakcím tak, jako je tomu v olověných a niklových bateriích. Zajímavé je, že s prvními několika nabíjecími/vybíjecími cykly se zvyšuje a pak zůstává v průběhu životnosti téměř stejná, ke konci životnosti pak klesá.

Konzistentnost hodnoty nábojové účinnosti značí, že se jedná kvalitní článek. Pro trakční účely je také důležité, aby všechny články v sérii tvořící baterii měly ideálně stejné parametry. Pro srovnání olověné baterie dosahují hodnot až 90 %. Nejlepší výsledky jsou dosahovány obecně u všech typů baterií když jsou provozovány v rozmezí 30 - 70 % stavu nabití.

Napěťová účinnost

Napěťová účinnost je poměr mezi středním vybíjecím napětím baterie a středním nabíjecím napětím. Ztráty pramení z toho, že nabíjecí napětí je vždy vyšší než udávané vybíjecí. To je kvůli nutnosti překonat potenciálovou barieru a umožnit tak průběh chemických reakcí v baterii.

Energetická účinnost

Energetická účinnost je parametr, který zohledňuje množství energie, které lze vybít v porovnání s množstvím energie, kterou je nutno dodat do baterie. Zatím co nábojová účinnost li-ion baterií dosahuje hodnot přes 99 %, energetická je nižší a silně závisí na rychlosti vybíjení a nabíjení.

Při proudech okolo 0,05C (rozumíme například proud 5A tekoucí baterií o kapacitě 100 Ah) dosahuje tato účinnost hodnoty okolo 99 %. Při proudech okolo 0,5 C dosahuje asi 97 %. S proudy okolo 1 C a vyššími dochází k jejímu rychlému poklesu.

Závěr

Účinnost baterií se řeší hlavně z hlediska ztrát a životnosti. Energie rozhodně není zadarmo a ztracenou energii ve formě ztrátového tepla je nutné odvést, což zvyšuje nároky na konstrukci baterie a její management. Nelze přehlédnout ani závislost účinnosti baterie na teplotě, stavu nabití, stáří a proudu tekoucího baterií.