[Power Sources Advances-2021] How the utilised SOC window in commercial Li-ion pouch cells influence battery aging

논문 전문 : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666248521000093

[출처] Evelina Wikner, Erik Björklund, Johan Fridner, Daniel Brandell, Torbjörn Thiringer, How the utilised SOC window in commercial Li-ion pouch cells influence battery ageing, Journal of Power Sources Advances, Volume 8, 2021, 100054, ISSN 2666-2485, https://doi.org/10.1016/j.powera.2021.100054.

 

※ The picture and content of this article are from the original paper.

    All picture and figures used in this article are sourced from publicily available on the internet.

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[논문 요약]
How the utilised SOC window in commercial Li-ion pouch cells influence battery aging

 

 

배터리의 Long Life Cycle을 위한 SOC Window의 영향성을 보는 논문입니다.

JPS의 자매지인 Advances에 개재된 Open Access이며, citation도 준수한 흥미로운 논문입니다.

저도 현재 이쪽 분야에 굉장히 관심이 많은데, 제 니즈를 fit하게 맞추는 그런 논문이였습니다.

 

Contents

 

 

논문에서 개발 검증을 위한 전기화학 모델을 하고, 열화에 연동한 OCV 변화까지 Tracking 하는 내용들이 초반부를 장식합니다.

아무래도 실제 배터리 셀로 이러한 조건 Diversity 평가를 수행할 수는 없으니, 일반적인 다른 논문들도 으레 이런식으로 전기화학모델의 구성과 정합성에 대해 설명하곤 합니다.

다만, 이 논문은 실제 배터리 셀의 실험을 Main으로하되, 그 전기화학적인 원인 분석의 방안으로 전기화학모델을 쓰기 때문에 퀄리티가 높다고 생각됩니다.

 

또다른 재미있는 점은, SOH의 변화에 따른 OCV 변화를 추가했다는 점인데,그 방법론의 원 Ref논문을 보면 제목상으로는 DVA로 추정을 해내는것 같습니다. 이 논문은 한번 읽어볼 예정입니다.

 

본 논문은 상기 이미지와 같은 식으로 정리->설명을 이어나갑니다.

온도, 평가 C-ate 조건별로 SOC Window를 달리해가며 FCE가 얼마나 되는지를 평가하는데요,

여기서 FCE란 이종 SOC/Voltage 조건에서 적용되는 방식으로써, 누적 SOC를 기준으로 얘기한것을 의미합니다.

즉, SOC 0~50%로 평가한것과 0~100%로 평가한것 둘다 동일한 1Cycle로 두고 x축을 그리면 완전히 다른얘기가 되기때문에, 

이것을 통일해서 0~100%로 환산하여 동일한 DOD기준으로 그린 그림이다라고 이해해주시면 됩니다.

 

 

제가 생각하는 본 논문의 핵심 장표입니다.

이 그래프를 통해 유추할수있는 인사이트는 크게 4가지로 생각됩니다.

 

1. 고SOC에서만 고온 열화 가속이 뚜렷하게 나타난다. -> 고온 열화 가속이란 Anode쪽에서 지배적으로 일어나는것인가 라는 추측

2. 저 SOC에서는 25'C가 고온보다 오히려 빨리 열화된다. -> 저SOC에서의 저항 차이에서 기인?

3. 35'C가 전반적으로 가장 유리한 열화 조건

4. 40~50%에서는 25~45'C간 열화 차이가 거의 없다.

 

본 논문의 핵심 결론은, SOC 30~70%수준으로 DOD의 Width보다 Center Point가 더욱 중요하다는 결론이였습니다.

특히, Full SOC Window를 쓸수록 가장 빨리 열화되고 고SOC구간에서의 양극 산화 + SEI 성장 가속이 발견되었으며, 

무엇보다도 고SOC, 고 C-rate 사용을 자제해야한다고 정리합니다.

 

Results

 

재미있었고 제가 관심있는 연구주제의 논문이였습니다.

DFN 모델 시뮬레이션으로 결과내려고하는 논문도 많은데,

본 논문은 모두 실험을 하고, 원인 분석 용도로 모델을 사용한다는점에서도 퀄리티가 높은것 같습니다.

 

 

참조

[1] Evelina Wikner, Erik Björklund, Johan Fridner, Daniel Brandell, Torbjörn Thiringer, How the utilised SOC window in commercial Li-ion pouch cells influence battery ageing, Journal of Power Sources Advances, Volume 8, 2021, 100054, ISSN 2666-2485, https://doi.org/10.1016/j.powera.2021.100054.