تُعدّ البيئة التي تُستخدم فيها بطارية الليثيوم البوليمرية عاملاً بالغ الأهمية في تأثيرها على دورة حياتها. ومن بين هذه العوامل، تُعدّ درجة الحرارة المحيطة عاملاً بالغ الأهمية. إذ يُمكن أن تؤثر درجة الحرارة المحيطة المنخفضة أو المرتفعة جدًا على دورة حياة بطاريات الليثيوم بوليمر. في تطبيقات بطاريات الطاقة والتطبيقات التي تُؤثر فيها درجة الحرارة بشكل كبير، تُعد الإدارة الحرارية لبطاريات الليثيوم بوليمر ضرورية لتحسين كفاءتها.

أسباب تغير درجة الحرارة الداخلية لحزمة بطارية ليثيوم بوليمر

لبطاريات ليثيوم بوليمرالحرارة الداخلية المُولَّدة هي حرارة التفاعل، وحرارة الاستقطاب، وحرارة جول. أحد الأسباب الرئيسية لارتفاع درجة حرارة بطارية الليثيوم بوليمر هو ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن المقاومة الداخلية للبطارية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لكثافة جسم الخلية المُسخَّن، من المُحتمَل أن تتجمع حرارة أكبر في المنطقة الوسطى، بينما تقلّ مساحة منطقة الحافة، مما يزيد من اختلال التوازن الحراري بين الخلايا الفردية في بطارية الليثيوم بوليمر.

طرق تنظيم درجة حرارة بطارية الليثيوم البوليمرية

1. التعديل الداخلي

سيتم وضع مستشعر درجة الحرارة في المكان الأكثر تمثيلا، وأكبر تغيير في درجة الحرارة في الموقع، وخاصة أعلى وأدنى درجة حرارة، فضلا عن مركز منطقة تراكم الحرارة بطارية الليثيوم البوليمرية الأكثر قوة.

1. التنظيم الخارجي

تنظيم التبريد: نظرًا لتعقيد هيكل التحكم الحراري لبطاريات الليثيوم بوليمر، فإن معظمها يعتمد هيكل التبريد الهوائي البسيط. ونظرًا لتوزيع الحرارة الموحد، فإن معظمها يعتمد التهوية المتوازية.

1. تنظيم درجة الحرارة: أبسط هيكل تسخين هو إضافة ألواح تسخين في الجزء العلوي والسفلي من بطارية ليثيوم بوليمر لتنفيذ التسخين، يوجد خط تسخين قبل وبعد كل بطارية ليثيوم بوليمر أو استخدام فيلم تسخين ملفوف حولبطارية ليثيوم بوليمرللتدفئة.

الأسباب الرئيسية لانخفاض سعة بطاريات الليثيوم بوليمر في درجات الحرارة المنخفضة

1. ضعف توصيل الإلكتروليت، وضعف ترطيب و/أو نفاذية الحجاب الحاجز، وبطء هجرة أيونات الليثيوم، وبطء معدل نقل الشحنة عند واجهة القطب/الإلكتروليت، وما إلى ذلك.

٢. بالإضافة إلى ذلك، تزداد معاوقة غشاء SEI عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يُبطئ من سرعة مرور أيونات الليثيوم عبر واجهة القطب/الإلكتروليت. أحد أسباب زيادة معاوقة غشاء SEI هو سهولة انفصال أيونات الليثيوم عن القطب السالب عند درجات الحرارة المنخفضة وصعوبة دمجها.

3. عند الشحن، يظهر معدن الليثيوم ويتفاعل مع الإلكتروليت لتشكيل فيلم SEI جديد لتغطية فيلم SEI الأصلي، مما يزيد من معاوقة البطارية وبالتالي يتسبب في انخفاض سعة البطارية.

انخفاض درجة الحرارة يؤثر على أداء بطاريات الليثيوم بوليمر

1. انخفاض درجة الحرارة على أداء الشحن والتفريغ

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

2. انخفاض درجة الحرارة يؤثر على أداء الدورة

تنخفض سعة البطارية بشكل أسرع عند درجة حرارة -10 درجات مئوية، وتبقى سعتها 59 مللي أمبير/ساعة فقط بعد 100 دورة، مع انخفاض في السعة بنسبة 47.8%. تُختبر البطارية المُفرّغة في درجة حرارة منخفضة في درجة حرارة الغرفة للشحن والتفريغ، ويُفحص أداء استعادة السعة خلال هذه الفترة. استعادت سعتها 70.8 مللي أمبير/ساعة، مع فقدان سعتها بنسبة 68%. يُظهر هذا أن دورة البطارية في درجة حرارة منخفضة لها تأثير أكبر على استعادة سعتها.

3. تأثير درجات الحرارة المنخفضة على أداء السلامة

شحن بطارية الليثيوم البوليمرية هو عملية انفصال أيونات الليثيوم عن القطب الموجب عبر انتقال الإلكتروليتات المضمنة في المادة السالبة، حيث تتفاعل أيونات الليثيوم مع القطب السالب عن طريق التقاط أيون الليثيوم من ست ذرات كربون. عند درجات الحرارة المنخفضة، ينخفض ​​نشاط التفاعل الكيميائي، وتتباطأ عملية انتقال أيونات الليثيوم، وتتحول أيونات الليثيوم الموجودة على سطح القطب السالب غير المضمنة فيه إلى معدن الليثيوم، ويترسب على سطح القطب السالب مكونًا شجيرات الليثيوم، التي تخترق غشاء البطارية بسهولة، مسببةً قصرًا كهربائيًا، مما قد يؤدي إلى تلفها وحوادث سلامة.

أخيرًا، نذكّركم بأنه يُفضّل عدم شحن بطاريات الليثيوم بوليمر في الشتاء عند درجات حرارة منخفضة، إذ تُشكّل أيونات الليثيوم المتراكمة على القطب السالب بلورات أيونية تخترق الغشاء مباشرةً، مما يُسبب عادةً قصرًا كهربائيًا دقيقًا يؤثر على عمر البطارية وأدائها، ويؤدي إلى انفجار مباشر خطير. لذلك، يعتقد بعض الأشخاص أن شحن بطاريات الليثيوم بوليمر في الشتاء لا يُمكّن من الشحن، وذلك بسبب عطل في نظام إدارة البطارية أو بسبب حماية المنتج.