Пассивация литиевых батарей
Пассивация литиевых батарей, особенно тех, в которых используется литий-тионилхлорид (LiSOCl2) химия, относится к распространенному явлению, когда на литиевом аноде образуется тонкая пленка.Эта пленка состоит в основном из хлорида лития (LiCl), побочного продукта первичной химической реакции внутри клетки.Хотя этот пассивирующий слой может повлиять на производительность батареи, особенно после длительных периодов бездействия, он также играет решающую роль в увеличении срока годности и безопасности батареи.
Формирование пассивационного слоя
В литий-тионилхлоридных батареях пассивация происходит естественным образом за счет реакции между литиевым анодом и тионилхлоридным (SOCl2) электролитом.В результате этой реакции в качестве побочных продуктов образуются хлорид лития (LiCl) и диоксид серы (SO2).Хлорид лития постепенно образует тонкий твердый слой на поверхности литиевого анода.Этот слой действует как электрический изолятор, препятствуя потоку ионов между анодом и катодом.
Преимущества пассивации
Пассивирующий слой не совсем вреден.Его основным преимуществом является увеличение срока хранения батареи.Ограничивая скорость саморазряда аккумулятора, слой пассивации гарантирует, что аккумулятор сохраняет заряд в течение длительных периодов хранения, что делает LiSOCl2-аккумуляторы идеальными для применений, где долговременная надежность без обслуживания имеет решающее значение, например, в аварийном и резервном питании. поставки, военное и медицинское оборудование.
Более того, пассивирующий слой способствует общей безопасности аккумулятора.Он предотвращает чрезмерные реакции между анодом и электролитом, которые могут привести к перегреву, разрыву или даже взрыву в крайних случаях.
Проблемы пассивации
Несмотря на свои преимущества, пассивация создает серьезные проблемы, особенно когда аккумулятор снова вводится в эксплуатацию после длительного периода бездействия.Изоляционные свойства пассивирующего слоя могут привести к увеличению внутреннего сопротивления, что может привести к:
●Пониженное начальное напряжение (задержка напряжения)
●Снижение общей емкости
●Более медленное время отклика
Эти эффекты могут быть проблематичными в устройствах, которым требуется высокая мощность сразу после активации, таких как GPS-трекеры, передатчики местоположения аварийных ситуаций и некоторые медицинские устройства.
Удаление или уменьшение последствий пассивации
1. Приложение нагрузки. Одним из распространенных методов смягчения последствий пассивации является приложение к батарее умеренной электрической нагрузки.Эта нагрузка помогает «разрушить» пассивирующий слой, по сути позволяя ионам начать более свободно течь между электродами.Этот метод часто используется, когда устройства вынимаются из хранилища и требуют немедленной работы.
2. Импульсная зарядка. В более тяжелых случаях можно использовать метод, называемый импульсной зарядкой.Это включает в себя подачу на батарею серии коротких сильноточных импульсов для более агрессивного разрушения пассивационного слоя.Этот метод может быть эффективным, но с ним следует обращаться осторожно, чтобы не повредить батарею.
3. Кондиционирование аккумулятора. Некоторые устройства включают процесс кондиционирования, который периодически нагружает аккумулятор во время хранения.Эта профилактическая мера помогает минимизировать толщину образующегося пассивационного слоя, гарантируя, что аккумулятор остается готовым к использованию без значительного снижения производительности.
4. Контролируемые условия хранения. Хранение аккумуляторов в контролируемых условиях окружающей среды (оптимальная температура и влажность) также может снизить скорость образования пассивационного слоя.Более низкие температуры могут замедлить химические реакции, связанные с пассивацией.
5. Химические добавки. Некоторые производители аккумуляторов добавляют в электролит химические соединения, которые могут ограничить рост или стабильность пассивационного слоя.Эти добавки предназначены для поддержания внутреннего сопротивления на управляемом уровне без ущерба для безопасности или срока годности батареи.
В заключение, хотя пассивация на первый взгляд может показаться недостатком литий-тионилхлоридных батарей, это палка о двух концах, которая также предлагает значительные преимущества.Понимание природы пассивации, ее последствий и методов смягчения этих эффектов имеет решающее значение для максимизации производительности этих батарей в практическом применении.Такие методы, как применение нагрузки, импульсная зарядка и подготовка аккумулятора, имеют решающее значение для управления пассивацией, особенно в критических и высоконадежных приложениях.Ожидается, что по мере развития технологий дальнейшие улучшения в химическом составе аккумуляторов и системах управления улучшат процесс пассивации, тем самым расширяя применимость и эффективность литиевых батарей.
Время публикации: 11 мая 2024 г.
