在故障电池的持续维护和更换成本非常昂贵或不可能的情况下,选择合适的电池至关重要。
一次电池用于不需要足够电流来保证充电的独立应用中。这些主要是低功率设备,其平均电流可测量为微安,脉冲在多安培范围内。可充电锂离子(Li-ion)电池用于低功率应用中,其平均电流可测量为毫安,脉冲在多安培范围内。
对于部署在远离电网的极端温度下的设备来说,选择主电池要困难得多,因为极端温度会影响电池性能。这些应用包括资产跟踪、安全系统、储罐液位和流量测量、环境监控、机器对机器(M2M)、人工智能(AI)和无线网状网络等。
许多一次电池化学物质可用于低功率设备(表1),其中最便宜的是无处不在的碱性电池,它可以提供高速的持续电流和非常高的自放电率(每年高达60%),使它们不适合长期部署。碱性电池还具有极低的容量和低能量密度,导致尺寸和体积增加。此外,由于碱性电池的水基化学性质,它们无法承受极端温度。
锂基化学物质更适合工业应用。作为最轻的非气态金属,锂的固有负电位超过所有其他金属,具有最高的比能量(单位重量能量)、最高的能量密度(单位体积能量)和2.7至3.6 V的更高电压(OCV)。锂电池也是非水性的,因此比碱性电池更不容易冻结。
远程无线设备主要由线轴型锂亚硫酰氯(LiSOCl)供电2)电池,在某些电池长达40年的超长寿命潜力方面无与伦比。线轴型利索克勒2细胞(图1)提供最高的容量、最高的能量密度和最宽的温度范围(-80°C至+125°C)。它们还具有每年0.7%的自放电率,使某些电池能够持续长达40年。线轴型LiSOCl的优势2化学包括:
- 长达40年的更长使用寿命,降低了总拥有成本
- 极端环境下更宽的温度范围-80至125°C
- 高能量密度和容量允许使用更少或更小的电池
- 更高的电压,允许使用更少的电池。
或者,利索克勒2电池可以采用螺旋卷绕设计制造,这提高了电池的势能流,但也会导致更高的自放电率,从而缩短电池的使用寿命和储存寿命。
决定电池潜在寿命的一个关键变量是存储容量,以安培小时(Ah)为单位。单元的总存储容量决定了基于平均汲取电流的最大运行时间。例如,平均电流为1 mA、存储容量为1,200 mAh的设备最长运行时间可达1,200小时。
恶劣环境会影响电池性能
存储和部署期间的极端温度会严重影响电池的长期性能。在室内环境温度下使用的电池自然会比持续暴露在极端温度下的电池寿命长,极端温度会影响电池的电化学性能,从而降低电池的长期性能。
自放电是由内部化学反应引起的,即使电极之间没有连接或没有连接到任何外部电路。因此,远程无线设备每年因自放电而损失的能量通常多于设备运行所需的能量。
自放电率可能因多种因素而异,包括峰值电流、功耗曲线、温度范围、电池寿命、器件内部元件的漏电流等。
适度的低温可对降低年度自放电率产生积极影响,因为电化学和扩散反应会减慢,电解液粘度会上升。低温还会降低能量流动,导致电压下降。相反,长时间暴露在高温下会加快自放电速率,导致电压延迟和下降、脉冲期间的功率延迟以及电化学元件的损耗。