التأثيرات السلبية لارتفاع درجة الحرارة على بطاريات الليثيوم

لارتفاع درجة الحرارة آثارٌ شاملةٌ لا رجعة فيها على بطاريات الليثيوم. وتتمثل أهم هذه الآثار فيما يلي:

1. تلاشي السعة وقصر العمر الافتراضي (التأثير الأكثر شيوعًا)

الآلية: تُسرّع درجات الحرارة المرتفعة التفاعلات الجانبية في النظام الكهروكيميائي للبطارية، مثل تحلل الإلكتروليت وتفاعل أيونات الليثيوم النشطة مع الإلكتروليت لتكوين طبقة الطور البيني للإلكتروليت الصلب (SEI). يؤدي النمو المستمر لطبقة SEI إلى استهلاك الليثيوم النشط والإلكتروليت بشكل لا رجعة فيه، مما يؤدي إلى فقدان دائم للسعة.

المظهر: انخفاض ملحوظ في عمر البطارية. بعد الشحن الكامل، يقلّ وقت الاستخدام. كقاعدة عامة: مع كل ارتفاع ١٠ درجات مئوية في متوسط درجة حرارة التشغيل، قد ينخفض عمر دورة البطارية إلى النصف.

2. تدهور الأداء

الآلية: زيادة المقاومة الداخلية. في حين أن ارتفاع درجة الحرارة قد يُخفِّض المقاومة الداخلية مؤقتًا ويُحسِّن أداء التفريغ بشكل طفيف، فإن التعرض المُطوّل يُسرِّع نمو SEI، مما يؤدي إلى زيادة دائمة في المقاومة الداخلية.

المظهر: تقلبات أكبر في الجهد الكهربائي أثناء الشحن/التفريغ، وانخفاض في خرج الطاقة - على سبيل المثال، سيارة كهربائية ذات تسارع منخفض أو هاتف ذكي يعاني من تأخير أثناء اللعب.

3. مخاطر السلامة (التأثير الأكثر خطورة)

الآلية: قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى حدوث هروب حراري - وهي حلقة تغذية مرتدة شرسة تتسارع ذاتيًا:

• تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تحلل طبقات SEI، وإطلاق الحرارة.
• وتؤدي الحرارة إلى رفع درجة حرارة الخلية بشكل أكبر، مما يتسبب في انكماش/ذوبان الفاصل، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي داخلي.
• تتحلل المواد الإلكتروليتية والكاثودية تحت تأثير الحرارة، مما يؤدي إلى إطلاق المزيد من الحرارة والغازات القابلة للاشتعال.
• في نهاية المطاف، قد يؤدي هذا إلى نشوب حريق أو انفجار.

المظهر: تورم، انبعاث الدخان، النار.

الحلول واستراتيجيات التخفيف

يتطلب التصدي للتحديات المرتبطة بدرجات الحرارة المرتفعة بذل جهود مشتركة في تصميم الخلايا وإدارة النظام وممارسات المستخدم النهائي.

1. تصميم الخلية ومستوى المواد (بقيادة الشركات المصنعة)

مواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية: استخدم مواد كيميائية أكثر أمانًا واستقرارًا، مثل LiFePO₄ (LFP)، الذي يتميز بطبيعته بثبات حراري أعلى مقارنةً بـ NMC. استخدم فواصل مطلية بالسيراميك ذات تحمل حراري أعلى، ومضافات إلكتروليتية مقاومة للهب.

التصميم الهيكلي الأمثل: تعمل التقنيات مثل عمليات التكديس ومساحات سطح الأقطاب الكهربائية الأكبر وتصميمات علامات التبويب المحسنة على تقليل المقاومة الداخلية وتوليد الحرارة.

2. تصميم النظام ومستوى نظام إدارة البطاريات (بقيادة مصنعي المنتجات)

وهذا هو جوهر ضمان سلامة البطارية، وتوفر EverExceed أنظمة إدارة البطاريات المتقدمة (BMS) لتلبية هذه المتطلبات.

مراقبة درجة الحرارة: يتم وضع أجهزة استشعار متعددة بشكل استراتيجي داخل العبوة لمراقبة درجة الحرارة في الوقت الفعلي.

حلول الإدارة الحرارية:

تبريد الهواء السلبي: التبريد بالحمل الحراري الطبيعي أو التبريد بمساعدة المروحة، وهو فعال من حيث التكلفة للتطبيقات ذات النطاق الصغير.

التبريد السائل النشط: تداول سائل التبريد عبر الأنابيب الداخلية لتبديد الحرارة بكفاءة - الحل السائد للسيارات الكهربائية وتطبيقات الطاقة العالية.

التبريد المباشر بالمبرد: استخدام المبرد من نظام تكييف الهواء لتحقيق أقصى قدر من كفاءة التبريد.

تحكم ذكي في الشحن والتفريغ: يضبط نظام EverExceed BMS طاقة الشحن والتفريغ بذكاء بناءً على درجة حرارة الخلية. على سبيل المثال، يتباطأ الشحن أو يتوقف مؤقتًا في درجات الحرارة المرتفعة حتى تعود الأوضاع إلى طبيعتها.

✅ خاتمة

تُسرّع درجات الحرارة المرتفعة تدهور بطاريات الليثيوم، وتُقلّل سعتها، وتُزيد مخاطر السلامة بشكل كبير. تتطلب الحلول نهجًا شاملًا:

لمصنعي البطاريات: الابتكار في المواد والتصميم لتعزيز المقاومة الحرارية.

لمتكاملي النظام: تنفيذ أنظمة إدارة المباني المتقدمة وحلول الإدارة الحرارية الفعالة مثل التبريد السائل.

بالنسبة للمستخدمين النهائيين: الوعي بأن بطاريات الليثيوم "حساسة للحرارة"، وتجنب التعرض لفترات طويلة لدرجات الحرارة المرتفعة وتطوير عادات الاستخدام الجيدة.

EverExceed، مع عقود من الخبرة في بطاريات الليثيوم وحلول تخزين الطاقة تقدم تقنيات LiFePO₄ عالية الأمان، ونظام إدارة بطاريات ذكي، وأنظمة تبريد متطورة. تضمن حلولنا بقاء أنظمة الاتصالات، ومراكز البيانات، والمركبات الكهربائية، وتخزين الطاقة الصناعية موثوقة وآمنة وطويلة الأمد حتى في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.