تُعدّ البيئة التي تُستخدم فيها بطارية الليثيوم البوليمرية عاملاً بالغ الأهمية في تحديد عمرها الافتراضي. ومن بين هذه العوامل، تُعتبر درجة الحرارة المحيطة عاملاً حاسماً. فارتفاع أو انخفاض درجة الحرارة المحيطة بشكل كبير قد يؤثر سلباً على عمر بطاريات الليثيوم البوليمرية. لذا، في تطبيقات بطاريات الطاقة والتطبيقات التي تُؤثر فيها درجة الحرارة بشكل كبير، يُعدّ التحكم الحراري في بطاريات الليثيوم البوليمرية ضرورياً لتحسين كفاءتها.

أسباب تغير درجة الحرارة الداخلية لحزمة بطاريات الليثيوم بوليمر

لبطاريات الليثيوم بوليمرتتولد الحرارة الداخلية في بطارية الليثيوم بوليمر من حرارة التفاعل، وحرارة الاستقطاب، وحرارة جول. ومن أهم أسباب ارتفاع درجة حرارة البطارية ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن مقاومتها الداخلية. إضافةً إلى ذلك، ونظرًا لتقارب خلايا البطارية، فإن المنطقة الوسطى تتجمع فيها كمية أكبر من الحرارة، بينما تقلّ في المنطقة الطرفية، مما يزيد من تفاوت درجات الحرارة بين خلايا البطارية.

طرق تنظيم درجة حرارة بطاريات الليثيوم البوليمرية

1. تعديل داخلي

سيتم وضع مستشعر درجة الحرارة في المكان الأكثر تمثيلاً، وهو المكان الذي يشهد أكبر تغير في درجة الحرارة، وخاصة أعلى وأدنى درجة حرارة، بالإضافة إلى مركز منطقة تراكم الحرارة الأكثر قوة في بطارية الليثيوم البوليمرية.

1. التنظيم الخارجي

تنظيم التبريد: في الوقت الحالي، ونظرًا لتعقيد بنية إدارة الحرارة في بطاريات الليثيوم بوليمر، فإن معظمها يعتمد على طريقة التبريد الهوائي البسيطة. ولضمان توزيع متساوٍ للحرارة، يعتمد معظمها على طريقة التهوية المتوازية.

1. تنظيم درجة الحرارة: أبسط طريقة للتسخين هي إضافة ألواح تسخين أعلى وأسفل بطارية الليثيوم بوليمر، أو وضع خط تسخين قبل وبعد كل بطارية، أو استخدام غشاء تسخين ملفوف حولها.بطارية ليثيوم بوليمرللتدفئة.

الأسباب الرئيسية لانخفاض سعة بطاريات الليثيوم بوليمر في درجات الحرارة المنخفضة

1. ضعف توصيل الإلكتروليت، وضعف التبلل و/أو نفاذية الغشاء، وبطء هجرة أيونات الليثيوم، وبطء معدل نقل الشحنة عند واجهة القطب/الإلكتروليت، إلخ.

2. بالإضافة إلى ذلك، تزداد مقاومة غشاء SEI عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يُبطئ معدل مرور أيونات الليثيوم عبر سطح التماس بين القطب والإلكتروليت. أحد أسباب زيادة مقاومة غشاء SEI هو سهولة انفصال أيونات الليثيوم عن القطب السالب عند درجات الحرارة المنخفضة وصعوبة اندماجها فيه.

3. عند الشحن، سيظهر معدن الليثيوم ويتفاعل مع الإلكتروليت لتشكيل طبقة SEI جديدة لتغطية طبقة SEI الأصلية، مما يزيد من مقاومة البطارية وبالتالي يؤدي إلى انخفاض سعة البطارية.

تأثير درجات الحرارة المنخفضة على أداء بطاريات الليثيوم بوليمر

1. انخفاض درجة الحرارة يؤثر على أداء الشحن والتفريغ

مع انخفاض درجة الحرارة، ينخفض ​​متوسط ​​جهد التفريغ وسعة التفريغ لـبطاريات الليثيوم بوليمرتنخفض، خاصة عندما تكون درجة الحرارة -20 درجة مئوية، حيث تنخفض سعة تفريغ البطارية ومتوسط ​​جهد التفريغ بشكل أسرع.

2. انخفاض درجة الحرارة أثناء أداء الدورة

تتدهور سعة البطارية بشكل أسرع عند درجة حرارة -10 درجة مئوية، حيث لا يتبقى منها سوى 59 مللي أمبير/غرام بعد 100 دورة شحن وتفريغ، أي بانخفاض قدره 47.8%. وقد تم اختبار البطارية التي تم تفريغها عند درجة حرارة منخفضة عند درجة حرارة الغرفة للشحن والتفريغ، وتم فحص أداء استعادة السعة خلال هذه الفترة. وقد استعادت البطارية سعتها إلى 70.8 مللي أمبير/غرام، أي بفقدان قدره 68%. وهذا يدل على أن دورة الشحن والتفريغ في درجات الحرارة المنخفضة للبطارية لها تأثير كبير على استعادة سعتها.

3. تأثير درجات الحرارة المنخفضة على أداء السلامة

شحن بطارية الليثيوم البوليمرية هو عملية انفصال أيونات الليثيوم من القطب الموجب عبر انتقال الإلكتروليت إلى المادة السالبة، ثم تبلورها في القطب السالب، حيث تلتقط ست ذرات كربون أيون الليثيوم. عند درجات الحرارة المنخفضة، يقل نشاط التفاعل الكيميائي، وتتباطأ هجرة أيونات الليثيوم، مما يؤدي إلى اختزال أيونات الليثيوم الموجودة على سطح القطب السالب إلى معدن الليثيوم، وتكوّن رواسب على سطحه تُشكل تفرعات الليثيوم، والتي قد تخترق غشاء البطارية بسهولة، مُسببةً ماسًا كهربائيًا، ما قد يُلحق الضرر بالبطارية ويُسبب حوادث خطيرة.

أخيرًا، نودّ تذكيركم بأنّ بطاريات الليثيوم بوليمر يُفضّل عدم شحنها في فصل الشتاء عند درجات الحرارة المنخفضة، لأنّ أيونات الليثيوم المتراكمة على القطب السالب تُنتج بلورات أيونية، ما قد يُؤدّي إلى ثقب غشاء البطارية، مُسبّبًا ماسًا كهربائيًا دقيقًا يُؤثّر سلبًا على عمرها وأدائها، وقد يُؤدّي إلى انفجارها. لذا، يعتقد البعض أنّه لا يُمكن شحن بطاريات الليثيوم بوليمر في الشتاء، ويعود ذلك إلى أنّ نظام إدارة البطارية مُصمّم لحماية المنتج.