Energiasalvestusakude jõudlusnäitajad ja nendega seotud terminoloogia

elektromotoorjõud

◆Energiasalvestite tühjenemise jõudlus

Kui välisahel on avatud, mis tähendab, et akut ei liigu voolu, määratletakse positiivse ja negatiivse elektroodi potentsiaalide erinevus aku elektromotoorjõuna (EMF), mida tavaliselt tähistatakse sümboliga E. EMF väärtus on üks indikaatoritest, mis peegeldab elektrienergia kogust, midaaku süsteemsaab väljastada. Termodünaamiliste põhimõtete kohaselt on meil...

Valemis tähistab AG Gibbsi vaba energia muutust; n on elektronide ülekandearv; E tähistab raku elektromotoorjõudu; ja F on Faraday konstant.

Võrrand (1.2) näitab, et aku elektromotoorjõu suurus sõltub peamiselt keemilises reaktsioonis osalevate ainete olemuslikest omadustest, reaktsioonitingimustest (näiteks temperatuurist) aku töötamise ajal ning reaktiivide ja toodete aktiivsusest ning seda ei mõjuta aku geomeetria ega suurus.

Avatud vooluahela pinge

Aku avatud-vooluahela pinge viitab positiivsete ja negatiivsete klemmide vahelisele potentsiaalsele erinevusele, kui välisahel on akust lahti ühendatud. Oluline on märkida, et kuna positiivsed ja negatiivsed klemmid ei pruugi olla saavutanud elektrolüüdilahuses termodünaamilist tasakaalu, on avatud -ahela pinge tavaliselt veidi madalam kui selle elektromotoorjõud (EMF). EMF on teoreetiline väärtus, mis arvutatakse termodünaamiliste valemite põhjal, samas kui avatud vooluahela pinge on tegelik väärtus, mis saadakse otsese eksperimentaalse mõõtmise teel; need kaks on väärtuselt väga lähedased. Lahtise-vooluahela pinge täpseks määramiseks ei tohiks mõõtmisprotsessi ajal mõõtevahendit läbida. Selle testi jaoks kasutatakse tavaliselt suure-takistusega voltmeetrit.

Lisaks kasutatakse nimipinge mõistet ka tootmisuuringutes. Nimipinge on aku pinge sobiv ligikaudne väärtus (tuntud ka kui nimipinge) ja seda kasutatakse aku tüübi tuvastamiseks. Näiteks plii-happeaku avatud vooluahela pinge on 2,1 V lähedal ja selle nimipinge on 2,0 V; tsink-mangaanpatarei nimipinge on 1,5 V; ja kaadmium-nikkelaku ja nikkel-metallhüdriidaku nimipinge on 1,2 V.

Sisemine takistus

Aku sisetakistus, mida tavaliselt nimetatakse sisetakistuseks (R_sisemine), viitab takistusele, mis tekib siis, kui vool läbib akut. See sisetakistus koosneb peamiselt kahest osast: üks on oomiline sisetakistus, mis on põhjustatud materjali enda omadustest; teine ​​​​on täiendav polarisatsiooni sisetakistus, mille tekitab elektroodi pinnal elektrokeemilise reaktsiooni käigus polarisatsiooninähtus.

Ohmiline takistus (R₀) mõjutavad elektrolüüdi omadused, membraani omadused ja elektroodi materjal. Elektrolüüdi lahuse oomiline takistus on tihedalt seotud selle spetsiifilise koostise, kontsentratsioonitaseme ja ümbritseva õhu temperatuuriga. Üldiselt valitakse akude elektrolüüdi kontsentratsioon kõrgeima juhtivuse vahemikku. Membraani mikropooride tekitatud takistust elektrolüütide ioonide migratsioonile nimetatakse membraanitakistuseks, st ioonide takistuseks, kui nad läbivad membraani mikropoore. Membraani oomiline takistus on seotud selliste teguritega nagu elektrolüüdi tüüp, membraani materjal, poorsus ja pooride kõveruse määr. Elektroodide tahke faasitakistus hõlmab aktiivse materjali osakeste endi takistust, osakeste vahelist kontakttakistust, aktiivse materjali ja juhtiva karkassi kontakttakistust ning juhtiva karkassi, juhtivate siinide ja klemmide takistuste summat. Tühjenemise ajal võib muutuda aktiivse materjali koostis ja morfoloogia, mille tulemuseks on olulised muutused resistentsuses. Tahkefaasi takistuse vähendamiseks lisatakse aktiivsele materjalile juhtivuse suurendamiseks sageli juhtivaid komponente, nagu atsetüleenmust{11}}grafiit. Aku oomiline sisetakistus on seotud ka selliste teguritega nagu selle suurus, koost ja struktuur. Mida kompaktsem on koost ja mida väiksem on elektroodide vahe, seda väiksem on oomiline sisetakistus.

Polarisatsioonitakistus (R) viitab keemilises toiteallikas tekkivale sisemisele takistusele, mis on tingitud polarisatsioonist elektrokeemiliste reaktsioonide käigus positiivsetel ja negatiivsetel elektroodidel. Polarisatsioonitakistus hõlmab elektrokeemilise polarisatsiooni ja kontsentratsiooni polarisatsiooni põhjustatud takistuste summat. Selle suurust mõjutavad aktiivsete materjalide omadused, elektroodide struktuur ja aku tootmisprotsess ning see on eriti tihedalt seotud aku tööolekuga. Seetõttu muutub polarisatsioonitakistus vastavalt tühjendusrežiimi ja tühjendusaja muutustele.

Tööpinge

Aku tööpinge, tuntud ka kui koormuspinge või tühjenduspinge, viitab potentsiaalsele erinevusele aku positiivsete ja negatiivsete klemmide vahel, kui vool liigub läbi välise vooluahela. Kui vool läbib akut, on polarisatsioonitakistusest ja oomilisest takistusest põhjustatud takistuse ületamiseks tegelik mõõdetud tööpinge väärtus alati madalam kui avatud-vooluahela pinge tühi{2}}koormustingimustes.

Nagu on näha võrrandist (1.3), mida suurem on aku sisetakistus, seda madalam on aku tööpinge ja väiksem on tegelik energiaväljund. Ilmselgelt peaks aku sisetakistus olema võimalikult väike.