Tag: LiFePO4

Geplaatst op

How the operation window of lithium phosphate/graphite cells affects their lifetime

Pr. Dr. J.R. Dahn is een autoriteit en een van de pioniers en grondleggers van de Li-ion technologie. Het recente onderzoek van Dahn et al is noemenswaardig. Dahn et al hebben onderzoek verricht naar het effect van cyclen van LFP en NMC cellen bij verschillende SOC states en de uitkomsten zijn interessant.

Het onderzoek borduurt voort op eerdere bekende onderzoeken waarin reeds aangetoond is (en waar ook weinig discussie over bestaat) dat temperatuur een van de belangrijkste factoren van slijtage van Li-Ion (en dus ook de chemische varianten LFP en NMC) cellen is. Slijtage bij 45 graden is vele malen hoger dan bij 25 graden. In feite geldt dat voor elk soort accu, ook de loodzuuraccu. Keil et al hebben reeds aangetoond dat een hogere SOC als opslagstatus voor cellen meer slijtage geeft dan opslaan bij lagere SOC’s.

Dit onderzoek richt zich op het begrijpen van het gebruik van cellen bij verschillende SOC states en de eventuele invloed daarop op de levensduur van de cellen. Daarbij is het een gegeven dat de belangrijkste oorzaak van degradatie van de cellen lithium verlies is door SEI, een ander algemeen bekend gegeven voor LFP cellen.

Het onderzoek heeft specifiek gekeken of het gebruik van de cellen bij verschillende SOC status verschil in slijtage (veroudering) laat zien. Het onderzoek heeft betrekking op LFP cellen die binnen vijf verschillende SOC states werden ontladen en geladen, te weten 0%–25%, 0%–60%, 0%–80%, 0%–100% en 75%–100%. De cellen die binnen lagere SOC status werden gecycled (ontladen en weer geladen) bleken met minder capaciteitsverlies te maken te krijgen dan cellen die in de hogere SOC states werden ontladen en geladen, onafhankelijk van de diepte van de ontlading. Het onderzoek richt zich op de verklaring hierachter en na anatomisch onderzoek van de cellen wordt die ook gevonden. Waar vaak wordt aangenomen dat LFP cellen geen last hebben van laden tot 100% (dat hebben ze in veel mindere mate dan bv. NMC cellen), blijkt dat ook het gebruik in de lagere laadstatus minder slijtage aan de cellen geeft dan het cyclen in de hogere SOC states. Het onderzoek zegt letterlijk: “Operating LFP cells at lower average SOC can extend their lifetime substantially in both EV and grid storage applications.”. Waarvan akte.

Hele onderzoek lezen? The Operation Window of Lithium Iron Phosphate/Graphite Cells Affects their Lifetime – IOPscience

    Geplaatst op

    LiFePO4 cel compressie – De (on)zin van compressie

    Wellicht het meest arbitraire onderwerp van gesprek bij LiFePO4 accu’s. Moet ik nou wel of niet compresie toepassen? Vanaf de fabrikant van de cellen wordt het voorgeschreven om de levensduur te halen. 300kgf (ongeveer 3000N) kracht op de cel om de cel zijn 8000 cylci te laten halen. Genoeg internet ‘experts’ echter hebben hier een veelheid van ideeen bij. Wat ik vaak hoor; ‘niet nodig, want door calender aging’ haal je die 8000 cycli toch nooit. Of, ‘die compressie is nodig om het zwellen van de cellen tegen te gaan’.

    Niet heel lang geleden had Zerobrain, een Youtube techkanaal, twee lange en diepgaande interviews met een van de ingenieurs betrokken bij het ontwerpen van LiFePO4. Ook dit onderwerp kwam ter sprake. Markus gaf aan dat de compressie helemaal niet bedoeld is om de zwelling tegen te gaan. ‘Er bestaat simpelweg geen kracht op deze wereld die sterk genoeg is om dat tegen te gaan’. Met een aantal duidelijke afbeeldingen kon hij toelichten wat er gebeurt en waarom dit niet tegen te gaan is. Zodra de elektronen zich gaan nestelen in het raster, binden ze zich daar aan dit raster en dat is een atomair proces wat onmogelijk tegen te houden is, met welke druk dan ook.

    De echte reden om compressie toe te passen heeft te maken met het fabricageproces. Tijdens de fabricage van de cel wordt uiteindelijk het elektroliet in de cel gegoten. Er ontstaan tijdens dat proces microscopisch kleine gasbelletjes die niet zomaar verdwijnen, simpelweg omdat het vacuum daar niet groot genoeg voor is en de temperatuur daarvoor niet hoog genoeg is. Beide kunnen niet verhoogd worden zonder permantente schade aan de cel toe te brengen.
    Nadat de cel wordt afgesloten zitten deze microscopisch kleine gasbelletjes dus in het materiaal. Ze gaan vooral tijdens de eeste series ladingen en ontladingen opstijgen. En om dat proces goed te faciliteren is die compressie op de cel van belang; daarmee steigen de belletjes eenvoudiger op en krijg je geen chronisch capaciteitsverlies in de cel. Dus; hier ook gelijk de aanwijzing dat het rechtopplaatsen van de cel een must is. (hierover in een latere blog meer, in communicatie met EVE, de fabrikant van de cellen die wij gebruiken geeft men ook aan dat alleen rechtopstaand de hoogste SOH waarborgt).

    Hieronder de razend interessante video met oa dit topic, maar nog veel meer interessante zaken over de cellen.

    Geplaatst op

    Kennisblog LiFePO4

    Waarom LiFePO4-accu’s soms “meer capaciteit” lijken te krijgen (en wat dat wél/niet betekent)

    Even geleden las ik een verrassend onderzoek, gepubliceerd op o.a. Sciencedirect met opvallende conclusies. De Management Summary gaf aan:

    •Thick covering layer are strongly influencing the cyclic aging.

    •Passive electrode effect explains reversible capacity increase or decrease.

    •Passive electrode effect includes influence of excess anode.

    •Shallow cycling between 45 and 55% SOC results in highest aging.

    •4C tests result in less aging than lower C-rates.

    Waarbij de dikgedrukte waarschijnlijk het meest verbazen. Het onderzoek is de moeite waard om te lezen, hieronder een samenvatting.

    Waarom LiFePO4-accu’s soms “meer capaciteit” lijken te krijgen (en wat dat wél/niet betekent)

    Sommige LiFePO4-accu’s laten in de eerste weken/maanden een kleine capaciteitsstijging zien. Dat kan verwarrend zijn: het lijkt alsof de accu “beter wordt”. Onderzoek aan commerciële LiFePO4 grafiet-cellen laat zien dat dit meestal geen echte verbetering is, maar een reversibel intern herverdelingsproces van lithium in de anode.

    Wat gebeurt er?

    In veel cellen is de grafietanode geometrisch iets groter dan de kathode. Een klein deel van de anode heeft daardoor geen ‘tegen-elektrode’ en doet niet direct mee aan laden/ontladen. Dit “passieve” anodegebied kan lithium opnemen of afstaan aan het actieve deel, afhankelijk van de toestand van lading (SOC). Bij bepaalde SOC’s kan dat tijdelijk extra “actief lithium” beschikbaar maken, waardoor een capaciteitstest iets hoger uitvalt.

    Belangrijk om te weten

    • Dit effect is reversibel: het kan ook weer verdwijnen als de SOC-condities veranderen.
    • Dit effect is geen veroudering en geen echte levensduurwinst.
    • De grootte van het effect verschilt per celtype en kan enkele procenten bedragen.
    • Het effect treedt het sterkst op gedurende het eerste jaar en van kalenderveroudering is dan ook de eerste jaar, de eerste twee jaar geen sprake.

    Wat betekent dit voor gebruik?

    • Bij langdurige opslag (weken/maanden) en daarna weer in gebruik nemen kan de gemeten capaciteit tijdelijk iets afwijken.
    • Temperatuur is de dominante factor voor echte (irreversibele) veroudering: koeler opslaan is beter.
    • Een accu die veel “rond 50% SOC” wordt gehouden met kleine laad/ontlaadpulsen (bijv. standby/ESS-gebruik) kan in sommige gevallen sneller verouderen dan verwacht.

    Praktisch advies

    • Voor langdurige opslag is een SOC rond de 30-40% het meest geschikt.
    • Bij systemen die langdurig rond een smalle SOC-band werken, helpt het om af en toe een grotere SOC-swing of periodieke top-charge toe te passen (afhankelijk van laadstrategie en BMS).