Was lässt wiederaufladbare Batterien altern? Was kann getan werden, um die Lebensdauer dieser Batterien zu verlängern?

Heutzutage verwenden die meisten modernen Elektronikgeräte wiederaufladbare Batterien als Stromquelle. Heutzutage basieren die meisten modernen wiederaufladbaren Batterien auf Lithium-Ionen oder Lithium-Polymer . Wie bei allen anderen Geräten wird auch bei diesen wiederaufladbaren Batterien mit der Zeit die Fähigkeit zum Aufladen, Speichern und Entladen von Energie beeinträchtigt, sodass Benutzer die Geräte oder wiederaufladbaren Batterien austauschen müssen.

Nach meinem Verständnis ist der Anstieg des Innenwiderstands der Batterie die Hauptursache für die Alterung des Akkus. Ist das genau? Wenn ja, was kann getan werden, um den Innenwiderstand von Akkus zu senken oder zu beseitigen?

Wenn mein Verständnis ungenau ist, was ist die Ursache für die Alterung des Akkus?

Wenn die Ursachen für die Alterung der Batterie verstanden werden, wie können Elektronikingenieure Lade- und Entladeschaltungen entwerfen, um die Lebensdauer der wiederaufladbaren Batterie zu verlängern?

Verweise:

— Mahendra Gunawardena
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Hinweis: Ich habe absichtlich sowohl den

— Innenwiderstand als auch die

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— HDE 226868,

Dies ist ein heißes Thema in Forschung und Entwicklung, für das viel Geld aufgewendet wird und für das es noch keine zufriedenstellende Lösung gibt. Eine sehr interessante Frage, aber ich denke nicht einfach im Detail zu beantworten, vor allem nicht der zweite Teil.

— Trilarion

Ich hoffe, dass ein Chemieingenieur oder Chemieprofi oder eine Chemieforschung mir einen Einblick gewährt. Aus EE-Sicht ist es eine Impedanzerhöhung. Frage wäre, wie der Impedanzanstieg verlangsamt werden kann.

— Mahendra Gunawardena

Der Anstieg des inneren Widerstands kann besser als Symptom des Alterns verstanden werden, nicht als Grundursache.

— Solomon Slow

$\text{NiCad}$ $\text{NiMH}$

Ich habe nicht viel über Effekte herausgefunden, die nur Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen, aber es gibt viele allgemeine Faktoren . Hier ist eine kurze Liste:

Chemikalien zerfallen
Passivierung (die sich auf Lithium-Ionen-Batterien auswirkt). Hierbei bildet sich eine Schicht unerwünschter Chemikalien auf der Batteriezelle. Hier wird ein verwandtes Phänomen auf Seite 4258 erläutert:

Leider neigt das Lithium beim Aufladen stark zur Bildung von Moosablagerungen und Dendriten in den üblichen flüssigen organischen Lösungsmitteln (vgl. Abbildung 15B). Dies begrenzt die Lebensdauer auf 100-150 Zyklen (erheblich weniger als die 300 Zyklen, die für eine kommerzielle Zelle erforderlich sind) und erhöht das Risiko eines Sicherheitsvorfalls.
Mechanische Beanspruchungen und Undichtigkeiten. Batterien können auf vielfältige Weise beschädigt werden, interne Komponenten können zerbrechen und Chemikalien können auslaufen. Dies kann für Menschen sehr gefährlich sein.

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

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

Schließlich gibt es das Phänomen der Selbstentladung , bei dem unerwünschte Reaktionen in der Batterie sozusagen an der Kapazität der Batterie "fressen". Der Vorgang kann je nach Batterietyp unterschiedlich sein. Auf der Battery University befindet sich eine Seite , die Sie möglicherweise bereits gesehen haben. Es wird wiederholt, dass die Temperatur diesen Prozess beschleunigen kann. Erschreckenderweise können sich Lithium-Ionen-Batterien innerhalb der ersten 24 Stunden um bis zu 5% entladen und danach auf 1-2% pro Monat verlangsamen.

— HDE 226868
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Was verursacht den Memory-Effekt? Wie schädlich sind die Dendriten? Trägt die Selbstentladung zum langfristigen Kapazitätsverlust bei oder verbraucht sie nur die Kapazität für diese Ladung?

— Rick

@Rick Wikipedia gibt einen verwandten vorübergehenden Vorgang und den dahinter stehenden Mechanismus an: Ein Spannungsabfall wird durch wiederholtes Überladen einer Batterie verursacht, wodurch sich auf den Platten kleine Elektrolytkristalle bilden. Diese können die Platten verstopfen, den Widerstand erhöhen und die Spannung einiger einzelner Zellen in der Batterie verringern. Dadurch scheint sich die Batterie insgesamt schnell zu entladen, da sich diese einzelnen Zellen schnell entladen und die Spannung der Batterie insgesamt plötzlich abfällt.

— HDE 226868,

Re, Der "Memory-Effekt". Check out z80.info/nicd2.txt Die Kurzversion lautet: Ja, es gibt einen solchen Effekt, aber die meisten Probleme, die jemals dafür verantwortlich gemacht wurden, sind auf andere Probleme zurückzuführen (insbesondere auf schlecht konzipierte Erhaltungsladegeräte). Diese Informationen stammen letztendlich von NASA-Ingenieuren, die bereit waren, viel Geld auszugeben, um die Batterien zu verstehen, die sie für Weltraummissionen schicken wollten.

— Solomon Slow