鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:998次 | 2019年04月14日
分析電池體系的熱力學(xué)研究
20℃時(shí)兩種電池的充放電曲線及相應(yīng)的溫度變化基本相似,說明在常溫下兩種電池放電容量、發(fā)熱及散熱情況沒有明顯差別,而在60℃時(shí)負(fù)極鍍銅電池的放電容量遠(yuǎn)高于空白電池,對(duì)比二者的充電曲線,可看出負(fù)極鍍銅電池的充電時(shí)間較空白電池多了近100mAh,空白電池充電過程的溫度始終較高,充電終點(diǎn)的溫度高出負(fù)極鍍銅電池5℃,兩種電池充電中溫度的差別可能是導(dǎo)致空白電池高溫下充電效率較低的主要原因。
MH/Ni電池的熱效應(yīng)包括可逆熱效應(yīng)、焦耳熱效應(yīng)以及充電末期正極析出的氧在負(fù)極上復(fù)合時(shí)的反應(yīng)熱三部分。從可逆熱的角度看MH/Ni電池在充電過程中放出熱量。焦耳熱效應(yīng)是導(dǎo)電組件、隔膜、電解液歐姆電阻等產(chǎn)生的熱和電化學(xué)、濃差反應(yīng)阻抗產(chǎn)生的熱,它與電池內(nèi)阻和通過的電流大小有關(guān)。而這兩種熱效應(yīng)在本文研究的兩種電池中幾乎是相同的。MH/Ni電池的氧復(fù)合是重要的熱量來源,因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)的所有能量都轉(zhuǎn)化成了熱,因此是一個(gè)很大的熱源。
綜上所述,MH/Ni電池從一開始充電即放熱,隨著充電的進(jìn)行,電化學(xué)、濃差極化增加,充電末期氧析出及其復(fù)合更產(chǎn)生了大量的熱,加劇了電池溫度的上升??赡鏌嵝?yīng)是MH/Ni電池體系的熱力學(xué)性質(zhì)決定的。
對(duì)于電動(dòng)工具、HEV等高功率用MH/Ni電池,從電池設(shè)計(jì)角度,極化熱已被很大程度的降低,因此適當(dāng)降低負(fù)極的氧復(fù)合性能、減少由氧復(fù)合產(chǎn)生的熱量對(duì)于提高高功率MH/Ni電池的高溫性能是一條有效的途徑。
SaiKai認(rèn)為貯氮合金化學(xué)鍍銅能迅速把電子傳遞到合金表面,有利于電極表面電化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行,同時(shí)抑制了氫脫附,有助于氮原子向體相擴(kuò)散,使電池內(nèi)壓下降,內(nèi)壓曲線中,空白電池最高內(nèi)壓略低于cu一coating噸電池,充電過程中內(nèi)壓上升速度相差不大,但在放電過程中cu一coating電池內(nèi)壓下降緩慢,因?yàn)樵谪?fù)極表面存在的銅鍍層,對(duì)氧在負(fù)極表面復(fù)合的催化作用沒有貯氫合金強(qiáng),因此導(dǎo)致氧氣復(fù)合速度降低,內(nèi)壓下降緩慢。
T.saikai等研究表明經(jīng)化學(xué)鍍uc后,電池內(nèi)氣體的成分由原來的H2體積占75%以上,變成o2占主要成分,H2體積只占15%以下,這些數(shù)據(jù)充分說明了在電池內(nèi)壓相差不大的情況下,o2含量增加意味著用于負(fù)極復(fù)合的o2減少,而空白電池由于氧復(fù)合量較大而在姐時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了更多的熱量,電池溫度迅速上升,負(fù)電壓出現(xiàn),充電終止。