Tři otázky pro…

Ing. Pavla Hrzinu, PhD., Katedra elektrotechnologie, FEL ČVUT v Praze

Téma: Životnost akumulátorových baterií

- V dnešním Ekotestu uvádíme jízdní dojmy zkušebních jezdců, kteří testovali elektromobil v podmínkách, kdy vnější teplota klesala pod - 20 stupňů Celsia. Jak ovlivňuje teplota lithium-iontové akumulátory, dnes nejužívanější zdroj elektrické energie u elektromobilů?

Elektrochemická reakce je reakcí teplotně závislou. Kinetiku reakce a dokonce i její průběh teplota výrazně ovlivňuje. V případě lithiových baterií začíná docházet při teplotách blízkých nule, ke změně charakteru reakce a lithium se místo interkalace - tedy "zasouvání lithných iontů" do struktury elektrody - začíná vylučovat na povrchu aktivního materiálu. Následně může takto vyloučený kov protrhnout tenkou membránu mezi elektrodami (separátor) a následkem je lokální zkrat. Tento zkrat může vést až k zahoření baterie. Toto je tedy důvodem teplotního omezení při nabíjení baterie. Výrobci akumulátorových paketů se tomuto jevu brání předehřevem paketu při nabíjení a také počátečním omezením nabíjecího výkonu. Kinetika reakce se zase projeví v mírně menší dosažitelné kapacitě při vybíjení baterie. Zde, v porovnání s ostatními typy baterií, ale lithium patří z hlediska poklesu kapacity spíše k lepšímu průměru.

- Co dále ovlivňuje kapacitu akumulátorů?

Kapacita je především ovlivňována vlastní technologií baterie. Každá z technologií má svoji specifickou hustotu energie vztaženou na jednotku hmotnosti. Z tohoto důvodu se například lithium železo fosfátové baterie (LFP) nepoužívají pro mobilní aplikace, ale pro aplikace stacionární. Výrobce navíc kapacitu baterie udává za přísně stanovených podmínek, především definuje vybíjecí proud a rozsah pracovního napětí. Platí, že tyto veličiny jsou určeny většinou pro ideální podmínky z hlediska dosažitelné kapacity, tedy malý vybíjecí proud a nízké koncové napětí. Bohužel právě nízké koncové vybíjecí a vysoké nabíjecí napětí působí negativně na životnost baterie. Technicky využitelná kapacita baterie je tak většinou u lithiových baterií o 20 % menší a u olova dokonce pouze poloviční oproti kapacitě udávané výrobcem na štítku baterie.

- Jak nejlépe ošetřovat lithiové akumulátory?

Lapidární odpověď zní, jak výrobce dovolí. Současné moderní lithiové akumulátory jsou dodávány jako kombinace ochranné elektroniky a vlastní baterie. Kromě bezpečnostního hlediska má tato elektronika (BMS), za úkol dohlížet na správné napěťové a proudové podmínky během vybíjení a nabíjení. Samotný uživatel může ovlivnit pouze četnost nabíjení. Nejdéle vydrží baterie, pokud je provozována v rozsahu přibližně 30% až 90% nabití. Tedy zásada je nepřebíjet a nepodbíjet. Konečná životnost ale záleží více na BMS než na chování spotřebitele, navíc je potřeba vést v patrnosti, že většina lithiových baterií stárne, i když není používána, tato tzv. kalendářní životnost baterie je většinou kolem 7 až 10 let.