Пасивация в литиеви батерии
Пасивиране в литиевите батерии, особено тези, използващи литиев тионил хлорид (LiSOCl2) химия, се отнася до често срещано явление, при което върху литиевия анод се образува тънък филм. Този филм е съставен основно от литиев хлорид (LiCl), страничен продукт от първичната химическа реакция в клетката. Въпреки че този пасивиращ слой може да повлияе на производителността на батерията, особено след дълги периоди на неактивност, той също играе решаваща роля за увеличаване на срока на годност и безопасността на батерията.
Образуване на пасивиращия слой
В литиево-тионилхлоридните батерии пасивацията възниква естествено поради реакцията между литиевия анод и тионилхлоридния (SOCl2) електролит. Тази реакция произвежда литиев хлорид (LiCl) и серен диоксид (SO2) като странични продукти. Литиевият хлорид постепенно образува тънък твърд слой върху повърхността на литиевия анод. Този слой действа като електрически изолатор, възпрепятстващ потока на йони между анода и катода.
Предимства на пасивацията
Пасивиращият слой не е напълно вреден. Основното му предимство е увеличаването на живота на батерията. Чрез ограничаване на скоростта на саморазреждане на батерията, пасивиращият слой гарантира, че батерията запазва заряда си за продължителни периоди на съхранение, което прави LiSOCl2 батериите идеални за приложения, където дългосрочната надеждност без поддръжка е от решаващо значение, като например при аварийно и резервно захранване консумативи, военни и медицински изделия.
Освен това пасивиращият слой допринася за цялостната безопасност на батерията. Той предотвратява прекомерни реакции между анода и електролита, които могат да доведат до прегряване, разкъсване или дори експлозия в екстремни случаи.
Предизвикателства на пасивацията
Въпреки ползите си, пасивирането създава значителни предизвикателства, особено когато батерията се връща в експлоатация след дълъг период на неактивност. Изолационните свойства на пасивиращия слой могат да доведат до повишено вътрешно съпротивление, което може да доведе до:
● Намалено първоначално напрежение (закъснение на напрежението)
●Намален общ капацитет
●По-бавно време за реакция
Тези ефекти могат да бъдат проблематични при устройства, които изискват висока мощност веднага след активиране, като GPS тракери, предаватели за спешно местоположение и някои медицински устройства.
Премахване или намаляване на ефектите от пасивацията
1. Прилагане на натоварване: Един често срещан метод за смекчаване на ефектите от пасивацията включва прилагане на умерен електрически товар към батерията. Това натоварване помага да се „счупи“ пасивиращият слой, като по същество позволява на йоните да започнат да текат по-свободно между електродите. Този метод често се използва, когато устройствата се извадят от хранилището и се изисква да работят незабавно.
2. Импулсно зареждане: За по-тежки случаи може да се използва техника, наречена импулсно зареждане. Това включва прилагане на серия от къси импулси с голям ток към батерията, за да се наруши по-агресивно пасивиращия слой. Този метод може да бъде ефективен, но трябва да се управлява внимателно, за да се избегне повреда на батерията.
3. Кондициониране на батерията: Някои устройства включват процес на кондициониране, който периодично натоварва батерията по време на съхранение. Тази превантивна мярка помага да се сведе до минимум дебелината на пасивиращия слой, който се образува, като гарантира, че батерията остава готова за употреба без значително влошаване на производителността.
4. Контролирани условия на съхранение: Съхраняването на батериите при контролирани условия на околната среда (оптимална температура и влажност) също може да намали скоростта на образуване на пасивиращ слой. По-ниските температури могат да забавят химичните реакции, участващи в пасивацията.
5. Химически добавки: Някои производители на батерии добавят химически съединения към електролита, които могат да ограничат растежа или стабилността на пасивиращия слой. Тези добавки са предназначени да поддържат вътрешното съпротивление на управляеми нива, без да компрометират безопасността или срока на годност на батерията.
В заключение, докато пасивацията първоначално може да изглежда като недостатък при литиево-тионилхлоридните батерии, тя е нож с две остриета, който предлага и значителни предимства. Разбирането на природата на пасивацията, нейните ефекти и методите за смекчаване на тези ефекти е от решаващо значение за максимизиране на производителността на тези батерии в практически приложения. Техники като прилагане на натоварване, импулсно зареждане и кондициониране на батерията са от решаващо значение за управлението на пасивацията, особено в критични и високонадеждни приложения. С напредването на технологиите се очаква по-нататъшни подобрения в химията на батериите и системите за управление да подобрят управлението на пасивацията, като по този начин разширят приложимостта и ефективността на базираните на литий батерии.
Време на публикуване: 11 май 2024 г
