Con el permiso de
@keops voy a compartir los resultados de mi investigación sobre las LFP. Cito también a
@inigoml por si le es de utilidad. Si pensáis que va mejor en un hilo aparte, decídmelo y lo modifico.
Obviaré el análisis del excelente artículo ya ampliamente comentado de Keil et al. del que de todos modos pego una imagen y la referencia bibliográfica (deformación profesional! me tendréis que disculpar) a modo de resumen:
Keil, P. et al. (2016) ‘Calendar aging of lithium-ion batteries’, Journal of The Electrochemical Society, 163(9). doi:10.1149/2.0411609jes. De los artículos posteriores, hay 5 artículos muy interesantes para nuestro estudio, pero que resultan redundantes de modo que os pongo los 2 que a mi parecer mejor sintetizan la información.
El primero agrupa los resultados de varios estudios agregados y evalúa el efecto de la temperatura y SOC sobre al pérdida de capacidad (imagen superior) y la pérdida de potencia (imagen inferior):
Dubarry, M., Qin, N., & Brooker, P. (2018). Calendar aging of commercial Li-ion cells of different chemistries – A review. Current Opinion in Electrochemistry, 9, 106–113. doi:10.1016/j.coelec.2018.05.023Son algo complicadas de interpretar visualmente por las referencias, os resumo los resultados y las conclusiones:
- La degradación de las LFP es más dependiente de temperatura que de SOC, mientras que el resto de químicas, ambas tienen un impacto significativo.
- Las NMC incrementan drásticamente su degradación con temperaturas superiores a 40ºC. Las NCA incrementan su degradación pero de manera menos marcada en dichos rangos. Las LFP son menos sensibles a la temperatura que el resto de químicas.
- El mecanismo de degradación por temperaturas elevadas se debe al incremento de reacciones parasíticas, presentes en cierto nivel en todas las químicas, y el mecanismo a altos SOC se debe a la inestabilidad del electrodo, más sensible en unas químicas que en otras.
- Los parámetros y predictores son similares para las pérdidas de capacidad y de potencia.
Para terminar con este artículo una tabla resumen que aportan los autores. A considerar que temperaturas altas se consideran 60ºC, medias 40ºC y bajas ≤20ºC; verde impacto limitado, amarillo impacto intermedio, rojo impacto alto.
Dubarry, M., Qin, N., & Brooker, P. (2018). Calendar aging of commercial Li-ion cells of different chemistries – A review. Current Opinion in Electrochemistry, 9, 106–113. doi:10.1016/j.coelec.2018.05.023El otro artículo que os quiero compartir es muy reciente (menos de 2 meses) y la metodología es sólida. Es un diseño experimental en el cual se analiza el impacto de temperatura, SOC y profundidad del ciclo de descarga (CD) en las baterías LFP. El CD está en relacion a la carga media de la batería, es decir, un CD de 50% en una batería cargada al 70% significaría ciclos de 35-70%. La imagen más ilustrativa es la siguiente, se muestra efecto en el calendar aging en las de arriba y en el cycling aging en las de abajo:
Guo, W. et al. (2023) ‘Identification of mechanism consistency for LFP/C batteries during accelerated aging tests based on statistical distributions’, e-Prime - Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy, 4, p. 100142. doi:10.1016/j.prime.2023.100142. De este estudio se sacan muchas conclusiones interesantes, os pongo las extraídas de los resultados y conclusión.
- La temperatura es, con diferencia, el factor más importante para la degradación de las LFP, seguido por el CD y por último el SOC.
- En cuanto a la temperatura, para el calendar aging, entre 35ºC y 47,5ºC se mantiene el mecanismo de degradación y se considera un rango aceptable. Por encima de 47,5ºC y sobre todo por encima de 55º cambia el mecanismo y se incrementa la degradación de forma exponencial.
- Para el cycling aging, el mecanismo se mantiene estable de 35ºC a 42,5ºC, siendo el punto de corte para el incremento de degradación exponencial 42,5ºC y sobre todo por encima de 50ºC.
- El impacto del SOC en el calendar aging es despreciable, sin apreciarse ningún cambio en el mecanismo de degradación a ningún nivel de carga (aunque aportan que el grado máximo de calendar aging se produjo con SOC 90% y a 55ºC).
- El SOC sin embargo sí tiene impacto en el cycling aging, a más bajo mejor hasta 25% (no exploran porcentaje menores) siendo el punto de corte para una degradación aceptable en opinión de los autores de 72,5%, por encima del cual cambian los mecanismos y se incrementa la degradación. Este punto de corte es prácticamente idéntico al del estudio de Keil P, et al.
- Respecto al CD, no existen diferencias en calendar aging con profundidades de descarga entre 10 y 60%.
- En contraste, el CD tiene un impacto significativo en el cycling aging. A igualdad de condiciones un CD menor reduce la degradación de la batería, siendo 35% óptimo (prácticamente equiparable al 10%) e incrementándose exponencialmente hasta el 60% (máximo medido por los autores).
- La interdependencia del CD con la temperatura es extremadamente alta, es decir, estos efectos son muy marcados a temperaturas elevadas. Para que os hagáis una idea, me he descargado sus datos suplementarios y la degradación es similar a igualdad de SOC (50%) con temperatura 42ºC y CD 60% que con temperatura 50ºC y CD 35% (recordemos que a partir de 42,5ºC el efecto de la temperatura es exponencial).
Así que a modo de conclusión personal con todo lo que he leido:
- La temperatura es el principal factor de degradación de las LFP, con mucha diferencia, incrementándose la degradación a partir de los 42,5ºC (otras químicas son aún más sensibles a la temperatura). Conducir a velocidades de autopista al menos media hora tras una supercarga DC (gran consejo de @keops) y aparcar a la sombra en épocas calurosas puede reducir la degradación de la batería.
- La profundidad de la descarga es el segundo factor en importancia, sobre todo si la batería tiene una temperatura elevada. Un CD de 35% es mejor que uno de 60% (si cargamos al 70%, mejor ciclos de 70-45% que de 70-30%).
- El SOC es el tercer factor en importancia, mucho menos importante que en otras químicas (aunque carguemos al 100% no va a tener un efecto drástico). A más bajo, mejor, pero la degradación resulta aceptable por debajo de 72,5%.
