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奥冠电池充放电极化电压分析

作者:管理员 点击:12次 发布时间:2025-01-30

电池的充放电曲线是电池生产与研究中最常见、最基础的指标,充放电曲线一般具有如下特征:1、电池电位随着恒流放电(充电)时间的延长而降低(增加)2、电池电位随着放电(充电)电流的增大而降低(增加);3、在电池放电接近完成时,电池电位急剧下降;1、基本概念可逆电势为电极发生可逆电极反应时所具有的电势,此时电极上没有外电流通过,称为可逆电势(φr),或平衡电极电势(φ平),此时正电荷和负电荷旗鼓相当,可以理解为理想电极电势。当有电流I(电流密度用i表示)通过电极,电极发生不可逆电极反应。此时,电极电势φI就会偏离平衡电极电势((图1),这种现象称为电极的极化。此时有外力介入,正电荷和负电荷趋于失衡状态。偏差的大小即为过电势(或超电势)η。即阴极极化为从外部向电极输入电子,使得电极的净反应为还原反应。阳极极化为从外部向电极输入正电荷,使得电极的净反应为氧化反应。就是中学学的氧化还原反应。

2、电化学极化和浓差极化2.1 电化学极化电极过程常分为若干步进行,若其中某一步速率很慢,则将阻碍整个电极反应的进行,并导致电极上聚集了一定的与可逆情况不同数量的电荷。这种由于电化学反应本身迟缓引起的极化称为电化学极化。将Ag插入Ag+溶液中,Ag|Ag+(a0),电极反应为:Ag+(a)+e→Ag电化学极化:扩散速度快,反应速度慢,阴阳极表面附近Ag+的浓度不变.若忽略离子的电迁移。阴极极化为由电源输入金属阴极的电子来不及消耗,即溶液中Ag+不能马上与电极上的电子结合变成Ag,造成电极上电子过多积累,使电极电势变负。阳极极化为金属相电子大量流失(被强制抽走),但Ag+仍留在金属阳极上,电极上积累过多正电荷,使电极电势变正。2.2 浓差极化关于浓差极化,还可以这样理解:电解作用开始后,阳离子在阴极上还原,致使电极表面附近溶液阳离子减少,浓度低于内部溶液,这种浓度差别的出现是由于阳离子从溶液内部向阴极输送的速度,赶不上阳离子在阴极上还原析出的速度,在阴极上还原的阳离子减少了,必然引起阴极电流的下降。为了维持原来的电流,必然要增加额外的电压(推动力),也即要使阴极电位比可逆电位更低一些。阳极反应也可以相似理解。3、锂电池中的电极极化当有外电流通过的时候,产生了极化,使得电极的电位发生变化。1、当电流通过外电路已经达到正极时,由于Li+传输速度小于电极反应消耗的Li+速度,使得Li+在电极表面的浓度将小于电解液中的浓度,大量的电子在正极表面堆积,使得负电荷过多,因而正极的电位会下降。这种现象称之为浓度极化。

2、当电流通过外电路已经达到正极时,Li+通过扩散也能够及时抵达电极表面区域。但是电极反应需要一定的活化能,电极反应速度较慢于电子传输的速度,导致在正极中积累了大量的电子,正极的电位有所下降。这种由于电化学反应本身的迟缓性引起的极化称之为电化学极化。

放电时,step1:电子已经到达正极,而只有少量锂离子从负极经过电解液到达正极界面处,而造成了正极电位下降,step2:当电流通过外电路已经达到正极时,Li+通过扩散也能够及时抵达电极表面区域。但是电极反应需要一定的活化能,导致电极反应速度较慢,从而在正极中积累了大量的负电荷,正极的电位有所下降,这种由于电化学反应本身的迟缓性引起的极化称之为电化学极化。综上所述,放电时,正极的极化导致正极的电位降低。同理可得,负级的极化使得负级的电位升高。而在放电停止的一瞬间,电流消失,电子不会持续堆积,电池的电压会有一个突然的上升,这是因为欧姆极化被消除。在随后的静置过程中,电子不会持续堆积,由于时间充足,Li+也能够慢慢扩散到电极表面,消耗掉放电时积累的电子,电子是带负电的,电子减少,所以正极电位上升。同理,由于极化的消失,正极的电位上升,负极的电位下降,全电池的电压变大。

故放电停止,电压会有一个上升的变化。同理可得充电停止,电压会有一个下降的变化。


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