Zunächst einmal: Ich weiß, dass eine vollständig entladene Batterie dauerhaft beschädigt ist. Ich weiß, dass es irreversible chemische Veränderungen gibt. Ich weiß, dass es explodieren könnte, wenn Sie versuchen, es aufzuladen. Aber das ist für meine Frage überhaupt nicht relevant:

Ist es sicher, Li-Ion auf 0 V zu entladen und danach dauerhaft kurzzuschließen?

Der Punkt dieser Frage ist: Ich recycle viele alte Batterien (Smartphones, Laptops, ...) und natürlich muss ich auch einige von ihnen von Zeit zu Zeit entsorgen. Aber bevor ich sie entsorge, muss ich sie aufbewahren ... Und ich persönlich möchte sie so sicher wie möglich aufbewahren.

Wenn Sie sie mit dem Gerät, in dem sie verwendet wurden, auf ~ 3 V "entladen" speichern, bleibt immer noch viel Energie in der Batterie erhalten. Wenn ich es mit ~ 3V speichere und versehentlich einen riesigen Nagel darauf fallen lasse, kann es immer noch knallen.

Wenn ich es auf 0 V entlade und kurzschließe, fühle ich mich sehr sicher - zumindest denke ich das. Dies stellt sicher, dass keine elektrische Energie mehr vorhanden ist und kein Kurzschlussstrom dazu führen kann, dass es explodiert. Ich weiß jedoch so ziemlich nichts über die chemischen Veränderungen in der Zelle und darüber, was tatsächlich passieren kann, wenn die auf 0 V entladene (und kurzgeschlossene) Batterie durch einen Nagel beschädigt wird oder sogar von selbst explodiert.

Ist es also sicher, einen Li-Ion-Akku auf 0 V zu entladen und kurzzuschließen? Ist es noch besser, als es mit einer verbleibenden 3-V-Ladung zu entsorgen (wenn Sie das Know-how haben, es natürlich richtig zu entladen)?

Danke!

Wenn Sie sie mit dem Gerät, in dem sie verwendet wurden, auf ~ 3 V "entladen" speichern, bleibt immer noch viel Energie in der Batterie erhalten.

Bei 3 V hat ein Li-Ionen-Akku fast keine Kapazität mehr.

In dieser Grafik wurden zwei 800-mAh-Batterien mit unterschiedlichen Raten entladen. Bei 0,1 A war bei 3,0 V praktisch keine Kapazität mehr vorhanden. Selbst bei 1A waren sie zu 99% entlassen.

Das Problem mit Null Volt

Es ist sicher unmöglich, eine ideale Batterie auf Null Volt fallen zu lassen. Eine Batterie kann aufgrund der internen Chemie nicht auf Null Volt herunterfallen. Bei einer Standardanwendung können Sie die Spannung nicht unter 2 Volt senken, selbst wenn Sie die Klemmen miteinander verdrahtet haben. Die Batterien variieren zwischen 3,8 und 2,4 Volt pro Zelle. Wenn die Spannung abfällt, steigt der Innenwiderstand. Je höher der Innenwiderstand ist, desto geringer ist der Strom über dem Kurzschluss. Ich persönlich bin mir nicht sicher, wie hoch die niedrigstmögliche sichere Spannung für eine Li-Ion-Zelle ist, aber wenn sich die Spannung dieser unteren Grenze nähert, fällt der Strom auf fast Null. Am Ende dieses Beitrags finden Sie einen detaillierteren Beweis dafür.

HINWEIS: Das oben Gesagte gilt für eine perfekte Batterie in einer perfekten Welt. In der Realität wird der Akku nach einem Kurzschluss schnell schwer beschädigt. An diesem Punkt spielen Innenwiderstand, Strom und die Energiedifferenz zwischen den Halbzellen keine Rolle mehr.

(Ich weiß, dass dieses Diagramm alkalisch ist. Ich konnte kein Diagramm für ein Li-Ion finden. Ich versichere Ihnen, dass es gleich aussieht.)

Eine sichere Batterie ist eine leere Batterie und eine leere Batterie und eine leere Batterie ist ungefähr 2 Volt.

Wenn Sie die Spannung auf Null gesenkt haben, kann ich Ihnen sagen, dass Sie mehr getan haben als die Zellen zu neutralisieren, Sie haben die Struktur der Batterie grundlegend verändert. Li-Ionen sind empfindlich und pingelig. Ich konnte nicht erraten, was genau in einer 0-V-Batterie passiert, aber ich kann Ihnen beweisen, dass sie niemals dort ankommen kann (siehe Ende) und dass sie darauf hinweist, dass sich Ihre Batterie jetzt in einem unsicheren Zustand befindet.

Mir gefällt, was die andere Antwort sagte: Bei 2 Volt ist die innere Energie ~ 0. Dies ist wahr und eine gute Möglichkeit, darüber nachzudenken.

Welche Sicherheitsmaßnahmen kann ich ergreifen?

Ich verstehe, dass ich sie sicher aufbewahren möchte. Wenn Sie Bedenken haben, können Sie zwei Dinge schützen: Dämpfe und Feuer.

Zum Schutz vor Dämpfen entweder an einem gut belüfteten Ort oder in einem verschlossenen Behälter aufbewahren. Ein Lock-n-Lock funktioniert gut.

Zum Schutz vor Feuer funktioniert ein Schlackenblock mit einem Stück Fliesen oder einem Pflasterstein oben und unten gut.

In Bezug auf elektrische Energie kann ich Ihnen sagen, dass die elektrische Energie in der Batterie eine relativ geringe Gefahr darstellt, es sei denn, Sie sprechen von einer Batterie für etwas absolut Massives. Es ist die Flüchtigkeit der Chemikalien, die Ihr größtes Anliegen sein sollte.

Zusammenfassend ist das Kurzschließen von Batterien niemals eine gute Idee. Lithium-Ionen-Batterien wurden für die Lagerung bei 2-4 Volt entwickelt. Verwenden Sie sie so, wie sie verwendet werden sollen.

Warum kann ich es nicht auf Null Volt fallen lassen?

Eine Batterie besteht aus zwei Halbzellen. Eine Halbzelle enthält gelösten und festen Reaktanten A, den anderen gelösten und festen Reaktanten B. Ein Elektronentransfer von Reaktant A zu Reaktant B bewirkt, dass sich A auflöst und mit einem Salz verbindet, und dass B sich von einem Salz löst und verfestigen. Für jede gegebene chemische Reaktion ist eine festgelegte Energiemenge verbunden.

Die Wasserstoffhalbzelle hat ein Potential von 0 Volt, eine Lithiumhalbzelle hat ein Potential von -3,04 Volt, eine Natriumhalbzelle hat -2,71 Volt. siehe hier für mehr.

Der Grund, warum die Spannung abnimmt, wenn sich die Batterie entlädt, ist, dass die Verfügbarkeit von Chemikalien in der Halbzelle abnimmt, was bedeutet, dass Elektronen größere Schwierigkeiten haben, von ihrem Standort in einer Halbzelle zu dem Ort zu gelangen, an dem sie sich in der Zelle befinden müssen andere halbe Zelle. Wenn Sie sich vorstellen, wir hätten zwei halbe Zellen von der Größe einer Pop-Dose und ein Atom gelösten Reaktanten A in einem und ein Atom festen Reaktanten B in dem anderen, können Sie sich vorstellen, dass Sie nicht viel Spannung bekommen werden Der größte Teil der Energie der Reaktion wird verbraucht, um die Elektronen an den richtigen Ort zu bringen.

Diese Seltenheit der Reaktanten beim Entladen der Batterie bedeutet, dass die Elektronen mehr Arbeit leisten müssen, um von einer Zelle zur anderen zu gelangen. Dies äußert sich in einer Zunahme des Innenwiderstands und einer Abnahme des Stroms auf Kosten der Aufrechterhaltung der Nennspannung. Ich nehme an, ich könnte widerwillig zugeben, dass es nach Milliarden von Jahren der Verbindung möglich ist, dass Sie auf Null Volt kommen, wenn jedes einzelne Atom von A verwendet wurde, aber der Innenwiderstand an diesem Punkt wäre trivial groß, der Strom trivial klein. Es reicht zu sagen, dass Sie nach nur wenigen Minuten oder Stunden eine Nennspannung von ~ 2 Volt haben würden.

Ich habe das Bedürfnis zu klären, dass mir bewusst ist, dass dies nicht zu empirischen Daten passt (dh dass die Spannung durch Verdrahtung der Zellen auf Null fallen kann). Ich verstehe das. Der Akku verhält sich nicht mehr so, weil er stark beschädigt wurde.

Immer noch nicht überzeugt ...

Okay, Sie haben dieses Schema, um langsam Strom zu verbrauchen. Sie können oder besser gesagt, Sie haben es bereits. Sobald eine bestimmte Untergrenze erreicht ist (nahe 2 Volt), können Sie keinen signifikanten Strom mehr aus der Batterie ziehen. Es sind nur noch ppm-Konzentrationen der Reaktanten vorhanden und es gibt nicht genug von ihnen, um einen signifikanten Strom zu erzeugen. Messen Sie den Widerstand eines Li-Ion-Akkus, während Sie mit konstantem Strom daraus ziehen. Ich habe online nach der Grafik gesucht. Ich habe nur Alkalibatterien gefunden, aber die Grafik ist für ein Li-Ion dieselbe. Wenn Sie mehr und mehr zeichnen, erreicht der Innenwiderstand eine vertikale Asymptote und wächst bis ins Unendliche.

Was passiert danach eigentlich? Was passiert, wenn Sie versuchen, mehr Strom aus einer Batterie zu ziehen, als sie tatsächlich liefern kann? Ich weiß es nicht. Es gibt zu viele Variablen, um die Reaktionen, Verstöße usw., die möglicherweise auftreten könnten, genau vorherzusagen. Ich kann Ihnen nur sagen, dass eine Batterie nur eine begrenzte Strommenge enthält, diese jedoch immer mit einer konstanten Spannung austritt.

Die Idee, dass Strom immer mit einer konstanten Spannung geliefert wird, scheint Sie zu beunruhigen. Ich bitte Sie, dies so zu betrachten: 2 9-Volt-Batterien haben MEHR Spannung als eine Autobatterie. Außerdem können Sie 100 Autobatterien parallel anschließen und trotzdem nur 12 Volt erhalten.

Dies liegt daran, dass die Zellspannung eine Funktion der Reaktion ist: die beiden Chemikalien, die sich in der Zelle befinden. Wenn Sie eine Autobatteriezelle von der Größe eines Kornzylinders herstellen würden, wären dies 2 Volt, da die Reaktion zwei Volt beträgt. Wenn Sie eine Autobatterie von der Größe eines Cent herstellen würden, wären es 2 Volt, da die Reaktion zwei Volt beträgt. Weil ein bestimmtes Elektron eine bestimmte Energiemenge freisetzt, wenn es sich von Punkt A nach Punkt B bewegt.

Das heißt, wie viele Elektronen es gleichzeitig herausdrücken kann, hängt von der Größe und der Kapazität ab. Wenn die Batterie "leer" wird, kann sie immer weniger Elektronen drücken, wenn der Reaktant ausgeht. In einer Milliarde Jahren werden keine Reaktanten mehr vorhanden sein, aber die Reaktion, die nicht stattfindet, wird immer noch eine ~ 3-Volt-Reaktion sein.

$Nm$$C$$1 \times 10^{12}$

Ich verstehe, dass dieses Konzept schwer zu verstehen ist und dass es eine starke Tendenz gibt, die Batteriespannung als mit der Größe einer Batterie verbunden zu betrachten und wie "voll" sie in Bezug auf einen Prozentwert ist. Nichtsdestotrotz ist es keine genaue Darstellung der Funktionsweise von Batterien, und ein anderer Betrieb widerspricht den Grundlagen der Elektrochemie.

Wenn Sie zu diesem Zeitpunkt noch nicht überzeugt sind, muss ich Ihnen raten, einen Kurs über Elektrochemie zu belegen. Die Wikipedia-Seite ist sehr hilfreich, und ich bin sicher, dass es zu diesem Thema unendlich viele YouTube-Tutorials gibt.

Aber ich habe es versucht und hatte kein Problem!

Cool. Aber die Frage ist nicht "kann es sicher gemacht werden?" Sicher, vielleicht gibt es eine Möglichkeit, ein Li-Ion auf Null Volt zu bringen, ohne Dämpfe zu emittieren (die Sie möglicherweise erst erkennen können, wenn Sie krank werden). Die Frage ist nicht, ob dies physikalisch ohne Explosionen möglich ist oder nicht, sondern die Sicherheit. Obwohl Sie dies tun können in der Lage sein, und obwohl es kann unter sicher einige Umständen ist es nicht sicherer , als sie einfach bei 2 Volt verlassen und würde ich argumentieren, dass es mehr Risiken ist.

Letztendlich liegt es an Ihnen, aber ich kann mir viele Gründe vorstellen, warum es unsicher ist, Batterien auf diese Weise zu entladen, und sehe keinen Nutzen darin.

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Fast jeder Li-Ionen-Akku verfügt über Kupfer als Anodenstromkollektor. Wenn Kupfer aufgrund einer hohen Entladung einer hohen Anodenspannung ausgesetzt wird, löst sich das Kupfer im Elektrolyten auf, was zu einem Anstieg des elektrischen Innenwiderstands führt. Wenn die Entladung wirklich tief ist (dh Sie lassen die Batterie etwa zwei Tage lang kurzgeschlossen), wird Ihre Batterie nur zu einem nutzlosen elektrischen Widerstand (von den Klemmen aus gesehen). Sie werden jedoch immer eine gewisse Wiederherstellung der Leerlaufspannung feststellen. Sobald die Batterie tief entladen ist, würde ich einen dauerhaften Kurzschluss als sicherste Bedingung anwenden.