Литиевые батареи со сверхдлительным сроком службы делают умные устройства умнее

Приложения, которые предполагают долгосрочное развертывание, в основном питаются от сверхдолговечной неперезаряжаемогй литий-тионилхлоридногй (LiSOCl₂) батареи с увеличенным сроком службы), которые предпочитают из-за их исключительно высокой емкости и плотности энергии, широкого температурного диапазона, невероятно низкой скорости саморазряда и превосходной производительности в суровых условиях.

Пассивация: ключ к увеличению срока службы

Большинство маломощных устройств потребляют средний ток, измеряемый в микроамперах, с импульсами в диапазоне нескольких ампер, обычно питаясь от первичных (неперезаряжаемых) батареек. Некоторые нишевые приложения потребляют более высокие значения среднего тока, измеряемые в миллиамперах, с импульсами в диапазоне нескольких ампер, обычно питаясь от устройства сбора энергии в сочетании с литий-ионной (Li-ion) аккумуляторной батареей для хранения собранной энергии. Скорость саморазряда батареи является критически важным фактором, так как химические реакции потребляют ток от элемента, даже когда он отключен или находится на хранении. Скорость саморазряда может варьироваться в зависимости от множества факторов, наиболее важным из которых является эффект пассивации.

Пассивация происходит за счет тонкой пленки хлорида лития (LiCl), которая образуется вокруг анода неактивного LiSOCl₂ аккумулятора для ограничения его реактивности. При приложении непрерывной нагрузки пассивирующий слой сначала вызывает высокое сопротивление и временное падение напряжения до тех пор, пока реакция разряда не начнет рассеивать слой LiCl: процесс, который повторяется в течение длительных периодов бездействия. Уровень пассивации колеблется в зависимости от таких переменных, как способ изготовления элемента, качество сырья, текущая емкость, продолжительность хранения, температура хранения и разряда, а также предшествующие условия разряда, такие как снятие нагрузки с частично разряженного элемента увеличивает уровень пассивации, особенно по мере старения батареи.

Не все батареи созданы равными

Стандартные цилиндрические аккумуляторы LiSOCl₂ обладают эффектом пассивации, но они не могут генерировать импульсы большого тока из-за своей конструкции. Гибридным решением является комбинирование стандартного LiSOCl₂, который подает низкий уровень фонового тока в режиме ожидания с запатентованным гибридным конденсатором (HLC), который выдает высокие импульсы в «активном» режиме, часто для питания двунаправленной связи. HLC имеет уникальное плато напряжения в конце срока службы, которое можно интерпретировать как выдачу предупреждений о состоянии «низкого заряда батареи», повышающих точность программ профилактического обслуживания.

Пример из жизни

По оценкам Американского общества инженеров-строителей (ASCE), в масштабах всей страны 6 миллиардов галлонов питьевой воды теряется каждый день из-за протекающих труб. Округ Эри, штат Пенсильвания, использует редукционные клапаны для предотвращения протечек труб и прорыва водопроводных магистралей в 100-летней системе, протянувшейся на 600 миль и обслуживающей более миллиона человек.

Комплексное решение непрерывно отслеживает уровни давления для выявления потенциальных разрывов и выдачи предупреждений с помощью автоматических текстовых сообщений, электронной почты или сотовых телефонов. Сверхдолговечные LiSOCl₂ аккумуляторы продлевают срок службы системы мониторинга, снижая долгосрочные затраты на техническое обслуживание.

Источник: https://www.automation.com/en-us/articles/october-2024/ultra-long-life-lithium-batteries-smart-devic...