Tipos de fenómeno de polarización de la batería y método de eliminación

La batería de iones de litio está de moda. La batería de litio se utiliza comúnmente como batería de motode la batería del scooter eléctrico, y tenemos que entender el litio-ion polarización de la batería durante la carga y la descarga.

En el proceso de carga de baterías de litio, la polarización de la batería es común. Si desea acelerar la velocidad de carga, aprovechar al máximo la energía eléctrica y mejorar la eficacia de la carga, es necesario tomar medidas eficaces para reducir el valor de la tensión de polarización. Este artículo presentará las causas de la polarización de la batería de litio, los tipos y los métodos para eliminar la polarización de la batería.

Causas y tipos de polarización de la batería

Durante el proceso de carga, la tensión terminal de la batería de litio es superior a la tensión de circuito abierto, y la diferencia entre ellas es la Sobretensión cuando la batería de litio está cargada, también se puede llamar Sobrepotencial, que se denomina polarización del electrodo. Se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

U=U0+△U

En la fórmula anterior, U0 es la tensión de circuito abierto, U es la tensión terminal de la batería de iones de litio y △ U es la tensión de polarización de la batería de litio. En el proceso de carga de la batería de iones de litio, si desea acelerar la velocidad de carga, mejorar la eficiencia de carga y aprovechar al máximo la energía eléctrica, es necesario tomar algunas medidas para reducir el valor de la tensión de polarización de la batería △ U tanto como sea posible.

El fenómeno de polarización de las baterías de iones de litio está causado por muchos factores. Según los diferentes factores, el fenómeno de polarización de la batería se divide generalmente en tres categorías: polarización óhmica, polarización por concentración y polarización electroquímica.

Polarización óhmica

La polarización óhmica está causada por la resistencia interna de todos los componentes de la batería de litio durante la carga. Cuando se carga la batería de litio, la corriente que fluye a través de estos componentes se verá obstaculizada, lo que conduce al fenómeno de la polarización óhmica. Durante la carga, se producirá una reacción electroquímica y el ion-litio se difundirá hacia el electrodo. Durante la difusión, se encontrará la resistencia de estos componentes internos.

Para superar esta resistencia, una parte de la corriente de carga se utilizará para promover la difusión del ion-litio. El fenómeno de polarización aumenta, lo que incrementará la temperatura interna de la batería de litio, y una parte del electrolito sufrirá una reacción de reducción para producir gas, estos fenómenos causan la pérdida de energía eléctrica. Reducir la corriente o detener la carga puede eliminar el efecto de polarización óhmica.

Polarización de la concentración

Cuando la batería de iones de litio se carga, se producen reacciones químicas en sus placas positiva y negativa. Estas reacciones químicas modifican la concentración de diversas partículas que participan en la reacción electroquímica en el electrolito del interior de la batería de iones de litio.

Es decir, la concentración del electrolito dentro de la batería de iones de litio cambia antes y después de la carga. Este cambio dará lugar a la diferencia de potencial entre los polos positivo y negativo de la batería de iones de litio, que es el fenómeno de polarización de la concentración.

La polarización de la concentración se ve afectada por la densidad de corriente Id. Cuando la corriente de carga aumenta gradualmente, la reacción electroquímica se vuelve violenta, lo que provoca un aumento de la densidad de corriente Id. La polarización de la concentración también aumentará. Por lo tanto, reducir la corriente de carga y detener la carga puede aliviar el fenómeno de polarización de la concentración.

Polarización electroquímica

Durante el proceso de carga y descarga de la batería de litio, los polos positivo y negativo tienen reacciones electroquímicas, lo que hace que el potencial entre las dos placas se desplace una hacia la otra, lo que constituye el fenómeno de la polarización electroquímica. Una corriente de carga elevada aumentará la polarización electroquímica.

El aumento de la polarización electroquímica provocará la intensificación de la reacción electroquímica en el interior de la batería de iones de litio, dando lugar a un gran cambio en la concentración del electrolito. Al mismo tiempo, también hará que la reacción del electrolito produzca gas, lo que provocará la corrosión y deformación de la placa del electrodo de la batería de litio, causándole daños irreversibles, similares a los de la polarización por concentración.

Cuando se reduce la corriente de carga o se detiene la carga, se puede aliviar eficazmente el fenómeno de polarización electroquímica. Del análisis anterior se desprende que la polarización de la batería existe durante el proceso de carga de las baterías de litio, pero el grado de polarización de la batería es diferente en cada etapa. En la fase inicial de la carga, la reacción del electrolito no es tan intensa, por lo que la principal polarización de la batería se debe a la resistencia óhmica interna.

A medida que aumenta la corriente de carga, su polarización óhmica también aumenta gradualmente, pero la polarización electroquímica aumenta lentamente en una tendencia logarítmica, y su velocidad de aumento es muy lenta, y su impacto en la batería de iones de litio puede ignorarse temporalmente. En las etapas intermedia y posterior de la carga, el contenido de Li+ en el electrolito aumenta gradualmente, la densidad de corriente de difusión límite I d disminuye gradualmente con el aumento de Li+, y la diferencia entre la densidad de corriente de carga I y la densidad de corriente de difusión límite Id se hace cada vez menor.

Por lo tanto, la polarización por concentración y la polarización electroquímica aumentarán rápidamente. En este momento, la polarización principal de la batería cambiará de polarización óhmica a polarización por concentración y polarización electroquímica.

Efecto de la polarización de la batería en el proceso de carga

En el proceso de carga de la batería de iones de litio, la polarización de la batería tendrá muchos efectos negativos sobre ella. Por ejemplo:

(1)Cuando se produce la polarización de la batería, la corriente de carga se ve afectada por la sobretensión dentro de la batería de iones de litio, y la velocidad de aumento se hace más lenta, lo que conduce a la reducción de la capacidad de las sustancias activas del electrolito para participar en la reacción y a la reducción de la velocidad de reacción electroquímica.

(2)Cuando se produce la polarización de la batería, la reacción del electrolito de la batería de iones de litio se intensifica, provocando una grave evolución del gas. El gas liberado ralentiza el proceso de carga y provoca un impacto físico en la placa, la corroe y la deforma.

(3) Cuando se produce la polarización de la batería, se emitirá una gran cantidad de calor durante la reacción interna del electrolito de la batería de iones de litio, lo que provocará el aumento gradual de su temperatura interna, que se acumulará en poco tiempo, la alta temperatura hará que la reacción del electrolito sea más rápida, por lo que la temperatura aumentará y el fenómeno de polarización de la batería se hará más intenso.

Métodos para eliminar la polarización de la batería

(1) Eliminación forzosa: Según las tres leyes de Maas, cuando se fuerza una corriente inversa para cargar la batería de iones de litio durante el proceso de carga de la batería, su reacción química interna también cambia en sentido inverso. Es decir, una cierta profundidad de descarga puede invertir efectivamente la reacción química dentro de la batería de iones de litio, eliminando así la polarización por concentración.

(2) Eliminación natural: Durante el proceso de carga de la batería de litio, si la carga se detiene instantáneamente, la corriente de carga es igual a cero, y la polarización óhmica también es cero, es decir, la polarización óhmica se elimina instantáneamente. Al mismo tiempo, debido a la detención de la carga, la velocidad de reacción electroquímica dentro de la batería también se ralentiza, lo que tiene un cierto efecto en la restricción de la polarización electroquímica y la polarización de concentración.

(3) Control de retroalimentación: Durante el proceso de carga, la reacción de evolución del gas y el aumento de la temperatura causarán grandes daños a la batería de iones de litio, por lo que estos dos problemas deben resolverse. Algunos estudios han demostrado que cuando la tensión en bornes de la batería se encuentra dentro de un determinado umbral durante el proceso de carga de la batería de litio, la reacción de evolución del gas y el aumento de la temperatura no son evidentes.

Por lo tanto, el grado de polarización de la batería puede ser juzgado por el estado de tensión terminal de la batería de iones de litio durante el proceso de carga, y como base, la corriente de carga de la batería de iones de litio durante el proceso de carga puede ser controlada por retroalimentación.

Reflexiones finales:

Debido a que muchos usuarios operan incorrectamente o no prestan atención al tiempo de carga durante el proceso de carga de la batería, causando daños a la batería, el fabricante de baterías de iones de litio odm mejorará la seguridad de la carga desde el cuadro de protección de la batería.

Y los usuarios también pueden cargar en la estación de carga, y se detendrá automáticamente cuando esté completamente cargada, o reemplazar la batería en el cambio de batería estación, que no sólo tiene una alta seguridad, sino que también mejora la eficiencia.