Пасивація в літієвих батареях
Пасивація в літієвих батареях, особливо тих, що використовують літій-тіонілхлорид (LiSOCl2) хімія, відноситься до звичайного явища, коли на літієвому аноді утворюється тонка плівка. Ця плівка складається в основному з хлориду літію (LiCl), побічного продукту первинної хімічної реакції в клітині. Хоча цей шар пасивації може вплинути на продуктивність батареї, особливо після тривалих періодів бездіяльності, він також відіграє вирішальну роль у збільшенні терміну служби та безпеки батареї.
Формування шару пасивації
У літієво-тіонілхлоридних батареях пасивація відбувається природним шляхом через реакцію між літієвим анодом і тіонілхлоридним (SOCl2) електролітом. Ця реакція виробляє хлорид літію (LiCl) і діоксид сірки (SO2) як побічні продукти. Хлорид літію поступово утворює тонкий твердий шар на поверхні літієвого анода. Цей шар діє як електричний ізолятор, перешкоджаючи потоку іонів між анодом і катодом.
Переваги пасивації
Пасиваційний шар не зовсім шкідливий. Його головна перевага — подовження терміну служби батареї. Обмежуючи швидкість саморозряду батареї, шар пасивації гарантує, що батарея зберігає свій заряд протягом тривалого періоду зберігання, що робить LiSOCl2 батареї ідеальними для застосувань, де довгострокова надійність без обслуговування є вирішальною, наприклад, для аварійного та резервного живлення. приладдя, військове та медичне обладнання.
Крім того, шар пасивації сприяє загальній безпеці батареї. Це запобігає надмірній реакції між анодом і електролітом, яка може призвести до перегріву, розриву або навіть вибуху в екстремальних випадках.
Проблеми пасивації
Незважаючи на свої переваги, пасивація створює значні проблеми, особливо коли акумулятор повертається в експлуатацію після тривалого періоду простою. Ізоляційні властивості шару пасивації можуть призвести до збільшення внутрішнього опору, що може призвести до:
●Знижена початкова напруга (затримка напруги)
●Зниження загальної ємності
●Повільніший час відгуку
Ці ефекти можуть бути проблематичними в пристроях, які потребують високої потужності одразу після активації, наприклад GPS-трекерах, передавачах екстреного визначення місця розташування та деяких медичних пристроях.
Усунення або зменшення наслідків пасивації
1. Додавання навантаження. Одним із поширених методів пом’якшення впливу пасивації є додавання помірного електричного навантаження до батареї. Це навантаження допомагає «розірвати» шар пасивації, по суті дозволяючи іонам почати вільніше протікати між електродами. Цей метод часто використовується, коли пристрої виймаються зі сховища, і їх потрібно негайно запустити.
2. Імпульсна зарядка: у більш важких випадках можна використовувати так звану імпульсну зарядку. Це передбачає застосування серії коротких імпульсів сильного струму до батареї, щоб більш агресивно порушити пасиваційний шар. Цей метод може бути ефективним, але використовувати його потрібно обережно, щоб не пошкодити акумулятор.
3. Кондиціонування батареї: деякі пристрої включають процес кондиціювання, який періодично навантажує батарею під час зберігання. Цей профілактичний захід допомагає мінімізувати товщину шару пасивації, що утворюється, гарантуючи, що батарея залишається готовою до використання без значного погіршення продуктивності.
4. Контрольовані умови зберігання: Зберігання батарей у контрольованих умовах навколишнього середовища (оптимальна температура та вологість) також може зменшити швидкість утворення шару пасивації. Більш низькі температури можуть уповільнити хімічні реакції, пов’язані з пасивацією.
5. Хімічні добавки: деякі виробники акумуляторів додають хімічні сполуки до електроліту, які можуть обмежити ріст або стабільність шару пасивації. Ці добавки призначені для підтримки внутрішнього опору на контрольованому рівні без шкоди для безпеки або терміну служби батареї.
Підсумовуючи, хоча пасивація спочатку може здаватися недоліком літій-тіонілхлоридних батарей, це палка з двома кінцями, яка також пропонує значні переваги. Розуміння природи пасивації, її наслідків і методів пом’якшення цих наслідків має вирішальне значення для максимізації продуктивності цих батарей у практичних застосуваннях. Такі методи, як застосування навантаження, імпульсна зарядка та кондиціонування батареї, є критично важливими для керування пасивацією, особливо в критичних і високонадійних програмах. З розвитком технологій очікується, що подальші вдосконалення хімії акумуляторів і систем управління покращать роботу з пасивацією, тим самим розширивши сферу застосування та ефективність літієвих батарей.
Час публікації: 11 травня 2024 р
