อะไรที่กำหนดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์แบบชาร์จซ้ำได้

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (LiPo) เป็นแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จไฟใหม่ได้ ซึ่งถูกใช้ในอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น โดรนและโทรศัพท์มือถือ อย่างไรก็ตาม ความรู้เกี่ยวกับปัจจัยที่ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพ อาจมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อบุคคลที่ไม่เพียงแต่เป็นผู้ผลิตและผู้ใช้งานแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังต้องการให้แบตเตอรี่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดและยืดอายุการใช้งานให้นานขึ้น แม้แต่แบตเตอรี่ที่มีข้อดีดีกว่าประเภทอื่น ก็ยังมีจุดอ่อนที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานเช่นกัน ในบทความนี้จะอธิบายถึงปัจจัยต่าง ๆ ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ LiPo ได้แก่ การชาร์จแบตเตอรี่ ระดับการปล่อยประจุ อุณหภูมิ และการเก็บรักษา

ผลกระทบจากวงจรการชาร์จและระดับการปล่อยประจุ

ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (LiPo) คือวงจรการชาร์จไฟ ซึ่งวงจรการชาร์จไฟนั้นหมายถึงกระบวนการที่แบตเตอรี่ถูกปล่อยประจุและชาร์จใหม่จากศูนย์ (0) ไปจนเต็มกำลัง (100) อย่างสมบูรณ์ แต่ในทางปฏิบัตินั้น โปรแกรมประยุกต์จะมีเพียงการไหลของ PDC เท่านั้น เนื่องจากเกิดการปล่อยประจุบางส่วนขึ้นจริง ยกตัวอย่างเช่น หากอุปกรณ์หนึ่งใช้พลังงานไป 25 เปอร์เซ็นต์จากจักรยานที่ใช้พลังงานสี่ครั้ง นั่นไม่ได้หมายความว่าอุปกรณ์นั้นได้ใช้วงจรการชาร์จเต็มรูปแบบ แบตเตอรี่ LiPo โดยปกติจะมีจำนวนรอบการชาร์จประมาณ 300 ถึง 500 ครั้ง ก่อนที่ความจุจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

ปัจจัยสำคัญที่กำหนดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่คือระดับความลึกในการปล่อยประจุ (Depth of Discharge: DoD) โดย DoD จะบ่งชี้สัดส่วนของความจุแบตเตอรี่ที่ถูกใช้ก่อนการชาร์จใหม่ ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่สามารถชาร์จจนเต็มถึง 50% และปล่อยประจุกลับจนเหลือ 50% ซึ่งจะให้ค่า DoD ที่ 50 การทดลองได้แสดงผลซ้ำแล้วซ้ำเล่าว่า ค่า DoD สามารถลดลงได้เพื่อให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น แบตเตอรี่ที่มีค่า DoD 20 เปอร์เซ็นต์มีจำนวนรอบการใช้งาน (cycle life) ก่อนที่จะเสียหายมากกว่าแบตเตอรี่ที่มีค่า DoD สูงกว่า อาจมากกว่าสองเท่าของแบตเตอรี่ที่มีค่า DoD 80 เปอร์เซ็นต์ที่ถูกปล่อยประจุซ้ำๆ ความสัมพันธ์ดังกล่าวมีอยู่เพราะการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่จะเร่งตัวขึ้นเมื่อปล่อยประจุลึกกว่า ซึ่งก่อให้เกิดแรงดันมากขึ้นต่อวัสดุที่เป็นแอโนดและคาโทด

อุณหภูมิและความดันไฟฟ้าในการเก็บรักษาส่งผลต่อการเสื่อมสภาพอย่างไร

อุณหภูมิมีผลอย่างมากต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (LiPo) แบตเตอรี่จะทำงานได้ดีที่สุดในช่วงอุณหภูมิห้อง ซึ่งโดยทั่วไปถือว่าอยู่ที่ประมาณ 20°C (68°F) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ปฏิกิริยาเคมีภายในแบตเตอรี่ LiPo จะเร่งตัวขึ้น ซึ่งอาจเพิ่มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ในระยะสั้น แต่ทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วขึ้นในระยะยาว การให้ความร้อนอย่างรุนแรงอาจทำให้เกิดการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ ส่งผลให้ความต้านทานภายในสูงขึ้น และสุดท้ายทำให้แบตเตอรี่เสียหาย ในทางกลับกัน อุณหภูมิที่ต่ำเกินไปอาจทำให้แบตเตอรี่ไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ เนื่องจากประสิทธิภาพของกระบวนการเคมีที่เกี่ยวข้องในการทำงานของแบตเตอรี่ลดลงจากความต้านทานที่สูงขึ้น

นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าในการเก็บรักษาของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (LiPo) มีผลต่ออายุการใช้งานอย่างมาก แบตเตอรี่ LiPo สามารถเก็บรักษาไว้ในระยะยาวที่ระดับประจุไฟฟ้าบางส่วนระหว่าง 3.7 ถึง 3.8 โวลต์ต่อเซลล์ และไม่ควรเก็บรักษาในสภาพที่ชาร์จเต็ม (4.2 โวลต์ต่อเซลล์) หรือระบายไฟฟ้าหมด (ต่ำกว่า 3.0 โวลต์ต่อเซลล์) การทิ้งแบตเตอรี่ไว้ในสภาพที่ชาร์จเต็มจะทำให้แบตเตอรี่เกิดโครงสร้างผลึก (ลิเธียมเพลตติ้ง) ซึ่งจะลดความจุของแบตเตอรี่ลงอย่างถาวร ในทางกลับกัน การเก็บรักษาแบตเตอรี่ที่แรงดันต่ำ อาจทำให้เกิดปรากฏการณ์ระบายไฟฟ้าเกินหรือแรงดันของแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่าจุดปลอดภัยจนอาจก่อให้เกิดความเสียหายถาวรได้

สรุป

สรุปได้ว่าอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์แบบชาร์จไฟใหม่ได้ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย การชาร์จแบตเตอรี่ซ้ำหลายครั้งและระดับการคายประจุสามารถส่งผลอย่างมากต่อความจุของแบตเตอรี่ก่อนที่ความจุจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ในเวลาเดียวกัน การเก็บรักษาแบตเตอรี่ในสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม โดยเฉพาะอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าขณะเก็บรักษา ก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน เพื่อให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น โดยการตระหนักถึงปัจจัยเหล่านี้และควบคุมให้เหมาะสม ผู้ใช้สามารถยืดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ LiPo ได้อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้แบตเตอรี่ยังคงสามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เชื่อมต่ออยู่ได้อย่างต่อเนื่อง แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์กำลังได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องผ่านการวิจัยและพัฒนาด้านเคมีของแบตเตอรี่ ซึ่งให้สัญญาถึงทางออกที่มีความเสถียรและทนทานยิ่งขึ้น