Coileanadh sgaoilidh bataraidhean stòraidh lùtha

Is e aon de na feartan coileanaidh as cudromaiche aigbataraidhean stòraidh lùthatha an coileanadh sgaoilidh aca. Gus giùlan sgaoilidh a ’bhataraidh a chomharrachadh fo chumhachan eadar-dhealaichte, feumar lùb sgaoilidh a’ bhataraidh a thomhas, a tha mar as trice lùb a sheallas atharrachadh bholtachd sgaoilidh thar ùine. Tha diofar shuidheachaidhean sgaoilidh air an comharrachadh le ro-innleachdan sgaoilidh, agus bidh diofar ro-innleachdan sgaoilidh a’ leantainn gu lùban sgaoilidh eadar-dhealaichte. Mar as trice bidh ro-innleachdan sgaoilidh a’ toirt a-steach modh sgaoilidh, sruth sgaoilidh, bholtadh crìochnachaidh, agus teòthachd na h-àrainneachd.

Modh sgaoilidh

Tha trì dòighean anns am faod bataraidh a bhith air a leigeil ma sgaoil: sgaoileadh sruth seasmhach, sgaoileadh seasmhach an-aghaidh, agus sgaoileadh cumhachd seasmhach. Tha lùban sgaoilidh àbhaisteach air an sealltainn ann am Figear 1-5, a tha a’ sealltainn nan atharrachaidhean ann an sruth sgaoilidh, bholtaids, agus cumhachd thairis air ùine sgaoilidh fo na trì modhan sgaoilidh seo.

Nuair a bhios tu a' sgaoileadh an-aghaidh seasmhach, bidh bholtaids obrachaidh agus sruth sgaoilidh a' bhataraidh a' dol sìos mean air mhean thar ùine. San aon dòigh, fo sgaoileadh gnàthach, bidh an bholtadh obrachaidh a’ dol sìos cuideachd mar a bhios am pròiseas sgaoilidh a’ leantainn. Tha an lùghdachadh seo ann an bholtachd obrachaidh le ùine sgaoilidh fada mar thoradh air àrdachadh ann an strì a-staigh a’ bhataraidh. A bharrachd air an sin, le barrachd cleachdaidh de chumhachd bataraidh ann an innealan cumhachd, carbadan dealain, agus tagraidhean eile, tha sgaoileadh cumhachd seasmhach a’ fàs nas cumanta. Rè sgaoileadh cumhachd seasmhach, bidh bholtadh a’ bhataraidh a’ dol sìos gu leantainneach fhad ‘s a bhios an sruth sgaoilidh a’ dol am meud mar a thèid an sgaoileadh air adhart.

Sruth sgaoilidh

Rè obrachadh bataraidh, canar an sruth sgaoilidh ris an t-sruth a bheir e a-mach. Canar an ìre sgaoilidh ris an t-sruth sgaoilidh cuideachd, agus gu tric bidh e air a chuir an cèill a’ cleachdadh an ìre san uair (ris an canar cuideachd an ìre san uair) agus an iomadachaidh.

Tha an ìre sgaoilidh a’ toirt iomradh air an ìre aig a bheil bataraidh a’ sgaoileadh, air a thomhas ann an ùine sgaoilidh. Gu sònraichte, is e seo an ùine a dh ’fheumar gus comas a’ bhataraidh a leigeil ma sgaoil gu h-iomlan a ’cleachdadh sruth sgaoilidh sònraichte, mar as trice air a chuir an cèill ann an uairean (h). Mar eisimpleir, airson bataraidh le comas comharraichte de 10 amp-uairean (A·h), ma tha e air a leigeil ma sgaoil le sruth 2A, is e an ìre sgaoilidh co-fhreagarrach 5 uairean (10A·h/2A=5h), a’ ciallachadh gu bheil am bataraidh a’ sgaoileadh aig ìre 5-uair.

Tha ìre sgaoilidh a’ toirt iomradh air an luach a th’ ann an-dràsta, air a chuir an cèill mar iomadachadh de chomas comharraichte a’ bhataraidh, nuair a thèid làn chomas a’ bhataraidh a leigeil ma sgaoil taobh a-staigh ùine shònraichte. Mar eisimpleir, tha sgaoileadh 2C a’ ciallachadh gu bheil an sruth sgaoilidh dà uair comas ìre a’ bhataraidh, mar as trice air a riochdachadh le 2C (far a bheil C a’ riochdachadh comas comharraichte a’ bhataraidh). Airson bataraidh le comas comharraichte de 10A·h, sgaoilidh 2C (tha cùis meudachd an seo, ie, chan eil na h-aonadan comais agus sruth an aon rud, ach is e cleachdadh cumanta a tha seo, mar sin cha tèid atharrachadh) a’ ciallachadh gu bheil an sruth sgaoilidh 2 x 10=20 (A), a’ freagairt ri ìre sgaoilidh de 0.5h. Tha sùbailteachd eadar-dhealaichte aig diofar sheòrsaichean agus deilbh bataraidhean a thaobh suidheachaidhean sgaoilidh: tha cuid nas freagarraiche airson sgaoileadh làithreach ìosal, agus cuid eile a’ coileanadh nas fheàrr aig sruthan àrd. San fharsaingeachd, canar ìrean sgaoilidh nas ìsle na no co-ionann ri 0.5C ìrean ìosal; canar reataichean meadhanach ris an fheadhainn eadar 0.5C agus 3.5C; canar ìrean àrda ris an fheadhainn eadar 3.5C agus 7C; agus canar reataichean fìor àrd ris an fheadhainn a tha nas àirde na 7C.

Volt crìochnachaidh

Nuair a thèid bataraidh a leigeil ma sgaoil, tha a’ chiad luach bholtachd air a mhìneachadh mar bholtachd obrachaidh tòiseachaidh; nuair a thuiteas an bholtachd gu stairsneach far nach eil tuilleadh sgaoilidh iomchaidh tuilleadh, canar bholtadh crìochnachaidh ris a’ phuing bholtachd seo. Mar as trice bidh luach sònraichte a’ bholtachd crìochnachaidh seo air a shuidheachadh leis an neach-deuchainn stèidhichte air fìor riatanasan deuchainn agus eòlas san àm a dh’ fhalbh.

Bidh an bholtadh crìochnachaidh stèidhichte ag atharrachadh a rèir nan diofar shuidheachaidhean sgaoilidh agus a’ bhuaidh aca air comas bataraidh agus fad-beatha. Mar as trice bithear a’ cleachdadh bholtaids crìochnachaidh nas ìsle ann an àrainneachdan aig teòthachd ìosal no fo chumhachan sgaoilidh làithreach, agus mar as trice bidh bholtaids crìochnachaidh nas àirde air an suidheachadh fo chumhachan sgaoilidh ìosal. Tha seo air sgàth gu bheil polarachadh eadar na dealanan bataraidh a’ dol am meud gu mòr ri linn teodhachd ìosal no àrd, a’ ciallachadh gu bheil cleachdadh neo-choileanta de stuthan gnìomhach agus lùghdachadh bholtaids nas luaithe. Mar sin, bidh ìsleachadh iomchaidh air a’ bholtadh crìochnachaidh a’ cuideachadh le bhith a’ leigeil ma sgaoil barrachd lùtha. Air an làimh eile, nuair a bhios tu a’ cleachdadh sgaoileadh gnàthach ìosal, thathas a’ dèanamh barrachd feum de na pàirtean gnìomhach sa bhataraidh. Anns a ’chùis seo, faodaidh àrdachadh bholtachd crìochnachaidh gus casg a chuir air sgaoileadh domhainn beatha bataraidh iomlan a leudachadh gu h-èifeachdach.

Teòthachd àrainneachd

Mar a chithear ann am Figear 1-6, tha buaidh mhòr aig teòthachd na h-àrainneachd air an lùb sgaoilidh. Aig teòthachd nas àirde, tha an lùb sgaoilidh a’ nochdadh gluasad caran socair; ge-tà, mar a tha an teòthachd a 'dol sìos, bidh an t-atharrachadh seo a' fàs nas miosa. Is e an adhbhar bunaiteach, aig teòthachd ìosal, gu bheil ìre imrich ions a’ dol sìos, a’ leantainn gu àrdachadh ann an strì an aghaidh ohmic a-staigh. Ann an cùisean fìor, ma tha an teòthachd ro ìosal, faodaidh an electrolyte reothadh, agus mar sin a 'cur bacadh air pròiseas sgaoilidh àbhaisteach a' bhataraidh. A bharrachd air an sin, aig teòthachd nas ìsle, tha polarachadh electrochemical agus polarachadh dùmhlachd air an àrdachadh a rèir sin, a ’luathachadh ìre lobhadh an lùb sgaoilidh.

Figear 1-6 Lùban sgaoilidh de bhataraidh searbhag luaidhe aig diofar theodhachd àrainneachdail

Comas agus comas sònraichte

Tha comas bataraidh a’ toirt iomradh air an ìre de dhealan a gheibhear bho bataraidh fo chumhachan sgaoilidh sònraichte. Mar as trice tha an aonad air a chur an cèill mar ampere-uair (Ah). A rèir an t-suidheachaidh fhìor, faodar comas bataraidh a roinn tuilleadh ann an comas teòiridheach, comas fìor, agus comas comharraichte.

Tha comas teòiridheach (Co) a’ toirt iomradh air an ìre de dhealan a dh’ fhaodar a thoirt seachad ann an suidheachaidhean air leth freagarrach nuair a bhios an stuth gnìomhach a’ làn chom-pàirt ann an ath-bhualadh electroceimiceach a’ bhataraidh. Tha an luach seo air a thomhas a rèir meud an stuth gnìomhach, a rèir lagh Faraday. Tha lagh Faraday ag ràdh gu bheil dàimh dhìreach co-rèireach eadar meud an stuth a tha a’ gabhail pàirt anns an ath-bhualadh aig an electrod agus an ìre de chìs a bhios e a’ gluasad; nuair a bhios 1 mol de stuth gnìomhach a’ gabhail pàirt ann am pròiseas electrochemical a ’bhataraidh, faodaidh e cosgais a leigeil ma sgaoil co-ionann ri 26.8 A · h no 1 farad (F). Mar sin, tha am foirmle àireamhachaidh a leanas ann:

Anns an fhoirmle, is e m tomad an stuth gnìomhach nuair a bhios e ag ath-fhreagairt gu tur; n an àireamh de eleactronan a chaidh fhaighinn no a chall tron ​​ath-bhualadh sruth; agus is e M mais molar an t-susbaint ghnìomhach.

Anns an fhoirmle, canar K co-ionann electrochemical den stuth gnìomhach.

Mar a chithear ann an co-aontar (1.5), tha comas teòiridheach electrod co-cheangailte ri tomad an stuth gnìomhach agus an co-ionann electrochemical. Leis an aon tomad de stuth gnìomhach, mar as lugha an co-ionann electrochemical, nas motha an comas teòiridheach. Tha na co-ionannachdan electrochemical de chuid de stuthan dealanach air an sealltainn ann an Clàr 1-3.

Clàr 1-3 Co-ionnanachdan electroceimiceach de chuid de stuthan electrode

A bharrachd air an sin, thathas gu tric a’ cleachdadh bun-bheachdan fìor chomas agus comas le ìre. Tha fìor chomas a’ toirt iomradh air an ìre iomlan de dhealan as urrainn bataraidh a thoirt seachad fo chumhachan sgaoilidh sònraichte. Tha comas fìor air a chuingealachadh chan ann a-mhàin leis an luach teòiridheach as àirde ach cuideachd leis na cumhaichean sgaoilidh sònraichte.

Tha comas comharraichte, air an làimh eile, na sheata àbhaisteach airson a’ bhataraidh rè a’ phròiseas dealbhaidh is saothrachaidh; is e sin, an comas toraidh as ìsle a bu chòir don bataraidh a choileanadh fo chumhachan sgaoilidh sònraichte, ris an canar cuideachd comas ainmichte.

Nuair a thathar a’ dèanamh coimeas eadar diofar sheòrsaichean bataraidhean taobh a-staigh an aon sreath, mar as trice bithear a’ cleachdadh comas sònraichte airson measadh. Gu sònraichte, tha comas sònraichte a’ toirt iomradh air an uiread de dhealan a dh’ fhaodas bataraidh a thoirt seachad airson gach aonad tomad no meud, ie, comas tomad sònraichte (Ah/kg) agus comas sònraichte tomhas-lìonaidh (Ah/L). Tha e cudromach toirt fa-near, nuair a thathar a’ tomhas meud is meud bataraidh, a bharrachd air a bhith a’ beachdachadh air na stuthan electrode agus an electrolyte, gum feumar cuideachd aire a thoirt do phàirtean eile den bhataraidh, leithid an cas, an dealaiche, agus na pàirtean giùlain co-cheangailte riutha. Gu sònraichte airson bataraidhean stòraidh agus ceallan connaidh, tha an tomad agus an tomhas iomlan cuideachd a ’toirt a-steach a h-uile uidheamachd taice riatanach, leithid tancaichean airson lioftaichean a stòradh, innealan gnìomhachaidh (airson bataraidhean stòraidh), no siostaman stòraidh is solarachaidh stuthan gnìomhach, siostaman smachd, aonadan teasachaidh, msaa (airson ceallan connaidh).

Le bhith a’ toirt a-steach bun-bheachd comas sònraichte, is urrainn dhuinn coimeas a dhèanamh eadar coileanadh bataraidhean de dhiofar sheòrsaichean is mheudan. Tha comas bataraidh air a roinn ann an comas teòiridheach agus comas fìor; a rèir sin, tha taobhan teòiridheach agus fìor aig comas sònraichte cuideachd.

Lùth agus lùth sònraichte

Tha lùth bataraidh a’ toirt iomradh air toradh lùth dealain iomlan a’ bhataraidh nuair a bhios e a’ coileanadh obair fo chumhachan sgaoilidh sònraichte, mar as trice air a chuir an cèill ann an watt -uairean (W · h). Tha lùth teòiridheach agus lùth fìor aig lùth bataraidh cuideachd.

Leis gu bheil am bataraidh fhathast ann an cothromachadh rè sgaoilidh agus gu bheil a bholtachd sgaoilidh seasmhach co-ionann ris an fheachd electromotive aige, agus cuideachd a’ gabhail ris gu bheil a h-uile stuth gnìomhach a ’gabhail pàirt anns an ath-bhualadh ceimigeach, bu chòir an lùth a bheir am bataraidh seachad a bhith co-ionann ris an lùth teòiridheach as àirde aige Wo.

Is e lùth teòiridheach bataraidh an obair neo-mheud as motha a nì am bataraidh fo theodhachd seasmhach, cuideam cunbhalach, agus suidheachaidhean sgaoilidh a ghabhas tionndadh.

Tha fìor lùth (W) a’ toirt iomradh air an lùth a bheir bataraidh seachad fo chumhachan sgaoilidh sònraichte. Tha e air a thoirt a-mach gu h-àireamhach le bhith ag iomadachadh an fhìor chomas leis a’ bholtadh obrachaidh cuibheasach. Leis nach urrainnear na stuthan gnìomhach taobh a-staigh a ’bhataraidh a chleachdadh gu h-iomlan, agus gu bheil an bholtachd obrachaidh aige mar as trice nas ìsle na an fheachd electromotive teòiridheach, tha fìor lùth an-còmhnaidh nas lugha na lùth teòiridheach.

Tha lùth sònraichte a’ toirt iomradh air an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil le bataraidh gach aonad tomad no meud aonad. Tha an toradh lùtha gach aonad mòr de bhataraidh air a mhìneachadh mar lùth mòr sònraichte, mar as trice air a thomhas ann an watt-uairean gach cileagram (Wh/kg). Tha an toradh lùtha gach aonad meud bataraidh air a mhìneachadh mar lùth sònraichte tomhas-lìonaidh, mar as trice air a chuir an cèill ann an watt-uairean gach liotair (Wh/L). A bharrachd air an sin, faodar bun-bheachd lùth sònraichte a roinneadh tuilleadh ann an teòiridheach (W) agus fìor (W), far an urrainnear lùth mòr teòiridheach a thomhas a’ cleachdadh co-aontar (1.9):

Anns an fhoirmle, tha K + co-ionann electrochemical den stuth electrode dearbhach; Tha K- co-ionann ri electrochemical den stuth electrode àicheil; agus is e E am feachd electromotive bataraidh.

Cumhachd agus cumhachd sònraichte

Tha cumhachd bataraidh a’ toirt iomradh air toradh lùth bataraidh gach aonad ùine fo chumhachan sgaoilidh sònraichte, agus is e an aonad tomhais aige watt (W) no kilowatt (kW). Nuair a thèid beachdachadh air a’ chumhachd toraidh seo a thaobh meud no meud a’ bhataraidh, gheibhear bun-bheachd cumhachd sònraichte. Gu sònraichte, bidh cumhachd mòr sònraichte a’ tomhas cia mheud watt de chumhachd as urrainn aonad mòr bataraidh a thoirt seachad, agus is e an aonad aige W / kg; fhad ‘s a tha cumhachd sònraichte tomhas-lìonaidh a’ nochdadh a ’chumhachd a thig bho aonad bataraidh, agus is e an aonad co-fhreagarrach W / L.

Tha cumhachd agus cumhachd sònraichte a’ comharrachadh ìre sgaoilidh bataraidh. Tha cumhachd bataraidh nas àirde a’ ciallachadh gum faod am bataraidh leigeil ma sgaoil aig ìrean gnàthach àrd no àrd. Mar eisimpleir, faodaidh bataraidh airgid sinc cumhachd sònraichte de chòrr air 100 W/kg a choileanadh nuair a bhios e a’ sgaoileadh aig dùmhlachd sruth meadhanach, a’ nochdadh seasmhachd ìosal a-staigh agus coileanadh ìre àrd àrd. An coimeas ri sin, chan urrainn dha bataraidh cealla tioram zinc-manganese ach cumhachd sònraichte de 10 W/kg a choileanadh nuair a bhios e ag obair aig dùmhlachd sruth ìosal, a’ nochdadh neart àrd a-staigh agus droch choileanadh ìre àrd sgaoilidh. Coltach ri lùth bataraidh, tha cumhachd teòiridheach agus fìor chumhachd aig cumhachd cuideachd.

Faodar cumhachd teòiridheach bataraidh a chuir an cèill mar:

Anns an fhoirmle, tha t ann; Co tha teòiridheach comas a 'bhataraidh; agus is mise an sruth.

Bu chòir fìor chumhachd bataraidh a bhith:

Anns an fhoirmle, I²Tha R a’ riochdachadh a’ chumhachd a thèid a chaitheamh le strì a-staigh a’ bhataraidh. Tha an cumhachd seo gun fheum don luchd a chaidh a chuir an sàs; tha e gu ìre mhòr air a thionndadh gu lùth teas agus air a leigeil ma sgaoil mar theas.

Beatha rothaireachd

Airson bataraidhean, tha beatha baidhsagal, no cearcall cleachdaidh, mar aon de na prìomh chomharran airson coileanadh bataraidh a mheasadh. Bithear a’ beachdachadh air gach cearcall sgaoilidh iomlan mar ùine airson bataraidh.

Fo chumhachan sgaoilidh sònraichte-, tha an àireamh de chuairtean a dh’ fhaodas bataraidh a sheasamh mus tuit a chomas gu luach sònraichte air a mhìneachadh mar a bheatha rothaireachd no a chearcall cleachdaidh. Mar as fhaide am beatha rothaireachd, 's ann as fheàrr a bhios coileanadh baidhsagal a' bhataraidh. mar eisimpleir, faodaidh bataraidhean nicil-cadmium na mìltean de chuairtean a choileanadh, agus tha nas lugha de chuairtean aig bataraidhean airgid sinc, cuid eadhon nas lugha na ceud. Is fhiach a bhith mothachail gum faod eadhon bataraidhean den aon sheòrsa beatha rothair eadar-dhealaichte a bhith aca air sgàth eadar-dhealachaidhean san structar a-staigh aca.

Tha grunn nithean a’ toirt buaidh air beatha baidhsagal bataraidh. A bharrachd air cleachdadh agus cumail suas ceart, tha na prìomh thaobhan a leanas cuideachd a’ buntainn: ① Rè chuairtean cosgais-, bidh farsaingeachd uachdar an stuth gnìomhach a’ dol sìos mean air mhean, a’ leantainn gu àrdachadh ann an dùmhlachd gnàthach obrachaidh agus polarachadh nas dian; ② Faodaidh co-phàirtean gnìomhach air na dealanan dealachadh no gluasad; ③ Rè obrachadh bataraidh, faodaidh cuid de stuthan dealanach a bhith air an corrachadh; ④ Faodaidh dendrites a chaidh a chruthachadh air na dealanan rè rothaireachd cuairtean goirid adhbhrachadh taobh a-staigh a’ bhataraidh; ⑤ Faodaidh an dealaiche a bhith air a mhilleadh; ⑥ Bidh morf-eòlas criostail an stuth gnìomhach ag atharrachadh rè chuairtean sgaoilidh a-rithist -, agus mar sin a’ lughdachadh a ghnìomhachd.

Coileanadh stòraidh

Tha coileanadh stòraidh bataraidh a’ toirt iomradh air an ìre de chall lùtha nàdarra taobh a-staigh a’ bhataraidh nuair a tha e ann an staid chuairt fhosgailte fo chumhachan àrainneachd sònraichte (leithid teòthachd is taiseachd). Canar fèin-sgaoileadh ris an iongantas seo cuideachd. Ma tha an ìre de chall lùtha aig àm stòraidh beag, tha e a ’nochdadh gu bheil coileanadh stòraidh sàr-mhath aig a’ bhataraidh.

Nuair a tha bataraidh ann an staid chuairt fhosgailte, ged nach eil e a’ toirt lùth dealain dhan taobh a-muigh, bidh e fhathast a’ dol tro phròiseas fèin-sgaoilidh. Tha an t-iongantas seo gu ìre mhòr mar thoradh air neo-sheasmhachd thermodynamic nan electrodan san àrainneachd electrolyte, a’ leantainn gu ath-bheachdan redox gun spionnadh eadar na dealanan. Fiù 's ann an suidheachaidhean tioram, mura h-eil an ròn teann gu leòr, faodaidh an t-sìoladh a-steach do fhactaran bhon taobh a-muigh leithid adhair no taiseachd fhathast buaidh fèin-sgaoilidh a bhrosnachadh taobh a-staigh a' bhataraidh.

Faodar an ìre fèin-sgaoilidh a chur an cèill cuideachd mar an àireamh de làithean a bheir e airson comas a' bhataraidh a dhol sìos gu luach sònraichte nuair a thathar ga stòradh, ris an canar beatha sgeilp. Tha beatha sgeilp tioram agus beatha sgeilp fliuch ann. Mar eisimpleir, faodar bataraidh stòraidh, gun a bhith a 'cur electrolyte a-steach mus tèid a chleachdadh, a stòradh airson ùine mhòr; faodaidh beatha sgeilp fada tioram a bhith aig bataraidh mar sin. Canar stòradh fliuch ri stòradh le electrolyte; bidh stòradh fliuch a’ leantainn gu buaidh fèin-sgaoilidh nas làidire agus beatha sgeilp fliuch nas giorra. Mar eisimpleir, faodaidh beatha sgeilp tioram de 5-8 bliadhna a bhith aig bataraidh airgid sinc, agus mar as trice chan eil a bheatha sgeilp fliuch ach beagan mhìosan.