Un o nodweddion perfformiad pwysicafbatris storio ynniyw eu perfformiad rhyddhau. Er mwyn nodweddu ymddygiad rhyddhau'r batri o dan wahanol amodau, mae angen mesur cromlin rhyddhau'r batri, sydd fel arfer yn gromlin sy'n dangos newid foltedd rhyddhau dros amser. Nodweddir amodau rhyddhau gwahanol gan strategaethau rhyddhau, a bydd gwahanol strategaethau rhyddhau yn arwain at gromliniau rhyddhau gwahanol. Mae strategaethau rhyddhau fel arfer yn cynnwys dull gollwng, cerrynt gollwng, foltedd terfynu, a thymheredd amgylchynol.
Dull rhyddhau
Mae tair ffordd y gall batri ollwng: gollyngiad cyfredol cyson, gollyngiad gwrthiant cyson, a gollyngiad pŵer cyson. Dangosir cromliniau rhyddhau nodweddiadol yn Ffigur 1-5, sy'n dangos y newidiadau mewn cerrynt rhyddhau, foltedd, a phŵer dros amser rhyddhau o dan y tri dull rhyddhau hyn.
Yn ystod rhediad gwrthiant cyson, mae foltedd gweithredu a cherrynt gollwng y batri yn gostwng yn raddol dros amser. Yn yr un modd, o dan ryddhad cyfredol cyson, mae'r foltedd gweithredu hefyd yn gostwng wrth i'r broses ryddhau barhau. Mae'r gostyngiad hwn mewn foltedd gweithredu gydag amser rhyddhau hir oherwydd y cynnydd yn ymwrthedd mewnol y batri. Ar ben hynny, gyda'r defnydd cynyddol o bŵer batri mewn offer pŵer, cerbydau trydan, a chymwysiadau eraill, mae gollyngiadau pŵer cyson yn dod yn fwy cyffredin. Yn ystod-rhyddhau pŵer cyson, mae foltedd y batri yn gostwng yn barhaus tra bod y cerrynt rhyddhau yn cynyddu'n barhaus wrth i'r gollyngiad fynd rhagddo.
Cerrynt rhyddhau
Yn ystod gweithrediad batri, gelwir y cerrynt y mae'n ei allbynnu yn gerrynt rhyddhau. Cyfeirir at y cerrynt rhyddhau hefyd yn gyffredin fel y gyfradd rhyddhau, ac fe'i mynegir yn aml gan ddefnyddio'r gyfradd fesul awr (a elwir hefyd yn gyfradd fesul awr) a'r lluosydd.
Mae'r gyfradd rhyddhau yn cyfeirio at y gyfradd y mae batri yn gollwng, wedi'i fesur yn yr amser rhyddhau. Yn benodol, dyma'r amser sydd ei angen i ryddhau cynhwysedd y batri yn llawn gan ddefnyddio cerrynt rhyddhau penodol, a fynegir fel arfer mewn oriau (h). Er enghraifft, ar gyfer batri â chynhwysedd graddedig o 10 amp-awr (A·h), os caiff ei ollwng â cherrynt o 2A, y gyfradd gollwng gyfatebol yw 5 awr (10A·h/2A{=5h), sy'n golygu bod y batri yn gollwng ar gyfradd 5 awr.
Mae cyfradd rhyddhau yn cyfeirio at y gwerth presennol, a fynegir fel lluosrif o gapasiti graddedig y batri, pan fydd gallu llawn y batri yn cael ei ryddhau'n llawn o fewn amser penodol. Er enghraifft, mae gollyngiad 2C yn golygu bod y cerrynt rhyddhau ddwywaith capasiti graddedig y batri, fel arfer yn cael ei gynrychioli gan 2C (lle mae C yn cynrychioli capasiti graddedig y batri). Ar gyfer batri â chynhwysedd graddedig o 10A·h, gollyngiad 2C (mae mater dimensiwn yma, hy, nid yw'r unedau cynhwysedd a cherrynt yr un peth, ond mae hwn yn ddefnydd cyffredin, felly ni chaiff ei newid) sy'n golygu bod y cerrynt rhyddhau yn 2 x 10=20 (A), sy'n cyfateb i gyfradd gollwng o 0.5h. Mae gan wahanol fathau a dyluniadau o fatris allu i addasu i amodau gollwng: mae rhai yn fwy addas ar gyfer gollyngiadau cerrynt isel, tra bod eraill yn perfformio'n well ar gerrynt uchel. Yn gyffredinol, gelwir cyfraddau rhyddhau sy'n llai na neu'n hafal i 0.5C yn gyfraddau isel; gelwir y rhai rhwng 0.5C a 3.5C yn gyfraddau canolig; gelwir y rhai rhwng 3.5C a 7C yn gyfraddau uchel; a gelwir y rhai sy'n uwch na 7C yn gyfraddau uchel iawn.
Foltedd terfynu
Yn ystod rhyddhau batri, diffinnir y gwerth foltedd cychwynnol fel y foltedd gweithredu cychwynnol; pan fydd y foltedd yn disgyn i drothwy lle nad yw rhyddhau pellach bellach yn addas, gelwir y pwynt foltedd hwn yn foltedd terfynu. Mae gwerth penodol y foltedd terfynu hwn fel arfer yn cael ei osod gan y profwr yn seiliedig ar ofynion prawf gwirioneddol a phrofiad blaenorol.
Mae'r foltedd terfynu gosod yn amrywio yn dibynnu ar y gwahanol amodau rhyddhau a'u heffaith ar gapasiti batri a hyd oes. Mae folteddau terfynu is yn cael eu defnyddio fel arfer mewn-amgylcheddau tymheredd isel neu o dan amodau gollwng presennol uchel, tra bod folteddau terfynu uwch fel arfer yn cael eu gosod o dan amodau gollwng presennol isel. Y rheswm am hyn yw bod polareiddio rhwng yr electrodau batri yn cynyddu'n sylweddol yn ystod rhediad cyfredol isel neu uchel, gan arwain at ddefnydd anghyflawn o ddeunyddiau gweithredol a gostyngiad cyflymach mewn foltedd. Felly, mae gostwng y foltedd terfynu yn briodol yn helpu i ryddhau mwy o egni. I'r gwrthwyneb, wrth ddefnyddio gollyngiadau cyfredol isel, mae'r cydrannau gweithredol yn y batri yn cael eu defnyddio'n llawnach. Yn yr achos hwn, gall cynyddu'r foltedd terfynu i gyfyngu ar ollyngiad dwfn ymestyn oes gyffredinol y batri yn effeithiol.
Tymheredd amgylchynol
Fel y dangosir yn Ffigur 1-6, mae tymheredd amgylchynol yn cael effaith sylweddol ar y gromlin rhyddhau. Ar dymheredd uwch, mae'r gromlin rhyddhau yn dangos tuedd gymharol ysgafn; fodd bynnag, wrth i'r tymheredd ostwng, mae'r newid hwn yn dod yn fwyfwy llym. Y rheswm sylfaenol yw bod cyfradd mudo ïonau yn gostwng ar dymheredd isel, gan arwain at gynnydd mewn ymwrthedd mewnol ohmig. Mewn achosion eithafol, os yw'r tymheredd yn rhy isel, gall yr electrolyte rewi, gan rwystro proses rhyddhau arferol y batri. Ar ben hynny, ar dymheredd is, mae polareiddio electrocemegol a polareiddio crynodiad yn cael eu gwella'n gyfatebol, gan gyflymu cyfradd pydredd y gromlin rhyddhau ymhellach.
Ffigur 1-6 Cromliniau gollwng batris asid plwm ar wahanol dymereddau amgylchynol
Cynhwysedd a gallu penodol
Mae cynhwysedd batri yn cyfeirio at faint o drydan y gellir ei gael o fatri o dan amodau rhyddhau penodol. Fel arfer mynegir yr uned fel ampere-awr (A). Yn dibynnu ar y sefyllfa wirioneddol, gellir rhannu capasiti batri ymhellach yn gapasiti damcaniaethol, gallu gwirioneddol, a chynhwysedd graddedig.
Mae gallu damcaniaethol (Co) yn cyfeirio at faint o drydan y gellir ei ddarparu o dan amodau delfrydol pan fydd y deunydd gweithredol yn cymryd rhan lawn yn adwaith electrocemegol y batri. Cyfrifir y gwerth hwn ar sail màs y deunydd gweithredol, yn unol â chyfraith Faraday. Mae cyfraith Faraday yn nodi bod perthynas gyfrannol uniongyrchol rhwng màs y deunydd sy'n cymryd rhan yn yr adwaith yn yr electrod a faint o wefr y mae'n ei drosglwyddo; pan fydd 1 mol o ddeunydd gweithredol yn cymryd rhan ym mhroses electrocemegol y batri, gall ryddhau tâl sy'n cyfateb i 26.8 A·h neu 1 farad (F). Felly, mae'r fformiwla gyfrifo ganlynol yn bodoli:
Yn y fformiwla, m yw màs y sylwedd gweithredol pan fydd yn adweithio'n gyfan gwbl; n yw nifer yr electronau a enillwyd neu a gollwyd yn ystod yr adwaith llif; ac M yw màs molar y sylwedd gweithredol.
Yn y fformiwla, gelwir K yn gyfwerth electrocemegol y sylwedd gweithredol.
Fel y dangosir yn hafaliad (1.5), mae cynhwysedd damcaniaethol electrod yn gysylltiedig â màs y deunydd gweithredol a'r cyfwerth electrocemegol. Gyda'r un màs o ddeunydd gweithredol, y lleiaf yw'r cyfwerth electrocemegol, y mwyaf yw'r gallu damcaniaethol. Dangosir cyfwerth electrocemegol rhai deunyddiau electrod yn Nhabl 1-3.
Tabl 1-3 Cyfwerth electrocemegol o rai deunyddiau electrod
| Deunydd electrod negyddol | Dwysedd (g/cm³) | Cynhwysedd Penodol (mA·h/g) | Deunydd electrod positif | Dwysedd (g/cm³) | Cynhwysedd Penodol (mA·h/g) |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂ | - | 0.037 | O₂ | - | 0.30 |
| Li | 0.534 | 0.259 | SOCl₂ | 1.63 | 2.22 |
| Mg | 0.74 | 0.454 | AgO | 7.4 | 2.31 |
| Al | 2.699 | 0.335 | SO₂ | 1.37 | 2.38 |
| Fe | 7.85 | 1.04 | MnO₂ | 5.0 | 3.24 |
| Zn | 7.1 | 1.22 | NiOOH | 7.4 | 3.42 |
| Cd | 8.65 | 2.10 | Ag₂O | 7.1 | 4.33 |
| (Li) Cl₂ | 2.25 | 2.68 | PbO₂ | 9.3 | 4.45 |
| Pb | 11.34 | 3.87 | I₂ | 4.94 | 4.73 |
Yn ogystal, defnyddir cysyniadau capasiti gwirioneddol a gallu graddedig yn aml. Mae capasiti gwirioneddol yn cyfeirio at gyfanswm y trydan y gall batri ei ddarparu o dan amodau rhyddhau penodol. Mae capasiti gwirioneddol wedi'i gyfyngu nid yn unig gan y gwerth uchaf damcaniaethol ond hefyd gan yr amodau rhyddhau penodol.
Mae capasiti graddedig, ar y llaw arall, yn set safonol ar gyfer y batri yn ystod y broses ddylunio a gweithgynhyrchu; hynny yw, y capasiti allbwn lleiaf y dylai'r batri ei gyflawni o dan amodau rhyddhau penodedig, a elwir hefyd yn gapasiti enwol.
Wrth gymharu gwahanol fathau o fatris o fewn yr un gyfres, defnyddir gallu penodol yn nodweddiadol ar gyfer gwerthuso. Yn benodol, mae cynhwysedd penodol yn cyfeirio at faint o drydan y gall batri ei ddarparu fesul uned, màs neu gyfaint, hy, cynhwysedd màs penodol (Ah/kg) a chynhwysedd penodol cyfeintiol (Ah/L). Mae'n bwysig nodi, wrth gyfrifo màs a chyfaint batri, yn ogystal ag ystyried y deunyddiau electrod a'r electrolyte, rhaid ystyried cydrannau eraill y batri hefyd, megis y casin, y gwahanydd, a chydrannau dargludol cysylltiedig. Yn enwedig ar gyfer batris storio a chelloedd tanwydd, mae cyfanswm y màs a'r cyfaint hefyd yn cynnwys yr holl offer ategol angenrheidiol, megis tanciau ar gyfer storio hylifau, dyfeisiau actifadu (ar gyfer batris storio), neu systemau storio a chyflenwi deunydd gweithredol, systemau rheoli, unedau gwresogi, ac ati (ar gyfer celloedd tanwydd).
Trwy gyflwyno'r cysyniad o gapasiti penodol, gallwn gymharu perfformiad batris o wahanol fathau a meintiau. Rhennir capasiti batri yn gapasiti damcaniaethol a chynhwysedd gwirioneddol; yn gyfatebol, mae gan gapasiti penodol hefyd agweddau damcaniaethol a gwirioneddol.
Egni ac egni penodol
Mae ynni batri yn cyfeirio at gyfanswm allbwn ynni trydanol y batri wrth berfformio gwaith o dan amodau rhyddhau penodol, a fynegir yn gyffredinol mewn wat-oriau (W·h). Mae gan ynni batri hefyd egni damcaniaethol ac egni gwirioneddol.
Gan dybio bod y batri yn aros mewn cydbwysedd yn ystod rhyddhau a bod ei foltedd rhyddhau yn gyson gyfartal â'i rym electromotive, a hefyd gan dybio bod yr holl ddeunyddiau gweithredol yn cymryd rhan yn yr adwaith cemegol, yna dylai'r egni a ddarperir gan y batri fod yn hafal i'w uchafswm egni damcaniaethol Wo.
Egni damcaniaethol batri yw'r uchafswm o waith di-gyfaint a wneir gan y batri o dan amodau tymheredd cyson, gwasgedd cyson, ac amodau gollwng cildroadwy.
Mae egni gwirioneddol (W) yn cyfeirio at yr ynni a ddarperir mewn gwirionedd gan fatri o dan amodau rhyddhau penodol. Mae'n deillio'n rhifiadol trwy luosi'r cynhwysedd gwirioneddol â'r foltedd gweithredu cyfartalog. Oherwydd na ellir defnyddio'r deunyddiau gweithredol y tu mewn i'r batri yn llawn, ac mae ei foltedd gweithredu fel arfer yn is na'r grym electromotive damcaniaethol, mae ynni gwirioneddol bob amser yn llai nag ynni damcaniaethol.
Mae egni penodol yn cyfeirio at yr egni a ryddheir gan fatri fesul uned màs neu gyfaint uned. Mae'r allbwn ynni fesul uned màs batri yn cael ei ddiffinio fel ynni màs penodol, fel arfer yn cael ei fesur mewn wat-oriau y cilogram (Wh/kg). Mae'r allbwn ynni fesul uned cyfaint y batri yn cael ei ddiffinio fel ynni cyfeintiol penodol, a fynegir fel arfer mewn wat-oriau y litr (Wh/L). At hynny, gellir isrannu'r cysyniad o egni penodol ymhellach yn ddamcaniaethol (W) a gwirioneddol (W), lle gellir cyfrifo egni màs-benodol damcaniaethol gan ddefnyddio hafaliad (1.9):
Yn y fformiwla, K+ yw cyfwerth electrocemegol y deunydd electrod positif; K- yw cyfwerth electrocemegol y deunydd electrod negyddol; ac E yw'r grym electromotive batri.
Pŵer a phŵer penodol
Mae pŵer batri yn cyfeirio at allbwn ynni batri fesul uned amser o dan amodau rhyddhau penodol, a'i uned fesur yw wat (W) neu cilowat (kW). Pan ystyrir y pŵer allbwn hwn mewn perthynas â màs neu gyfaint y batri, ceir y cysyniad o bŵer penodol. Yn benodol, mae pŵer màs-benodol yn mesur faint o wat pŵer y gall màs uned o fatri ei ddarparu, a'i uned yw W/kg; tra bod pŵer cyfeintiol penodol yn adlewyrchu'r pŵer a gynhyrchir gan gyfaint uned o batri, a'i uned gyfatebol yw W / L.
Mae pŵer a phŵer penodol yn nodi cyfradd rhyddhau batri. Mae pŵer batri uwch yn golygu y gall y batri ollwng ar gyfraddau cerrynt uchel neu uchel. Er enghraifft, gall batri arian sinc gyflawni pŵer penodol o dros 100 W/kg wrth ollwng ar ddwysedd cerrynt canolig, gan ddangos gwrthiant mewnol isel a pherfformiad rhyddhau cyfradd uchel da. Mewn cyferbyniad, dim ond pŵer penodol o 10 W/kg y gall batri celloedd sych manganîs ei gyflawni wrth weithredu ar ddwysedd cerrynt isel, sy'n dangos ymwrthedd mewnol uchel a pherfformiad gollwng cyfradd uchel gwael. Yn debyg i ynni batri, mae gan bŵer hefyd bŵer damcaniaethol a phŵer gwirioneddol.
Gellir mynegi pŵer damcaniaethol batri fel:
Yn y fformiwla, t yw amser; Co yw gallu damcaniaethol y batri; a myfi yw y presennol.
Dylai pŵer gwirioneddol y batri fod:
Yn y fformiwla, I2Mae R yn cynrychioli'r pŵer a ddefnyddir gan wrthwynebiad mewnol y batri. Mae'r pŵer hwn yn ddiwerth i'r llwyth cymhwysol; yn y bôn caiff ei drawsnewid yn ynni gwres a'i ryddhau fel gwres.
Bywyd beicio
Ar gyfer batris, bywyd beicio, neu gylch defnydd, yw un o'r dangosyddion allweddol ar gyfer gwerthuso perfformiad batri. Mae pob cylch rhyddhau gwefr cyflawn yn cael ei ystyried yn gyfnod o amser ar gyfer batri.
O dan amodau rhyddhau gwefr penodol, diffinnir nifer y cylchoedd y gall batri eu gwrthsefyll cyn i'w gynhwysedd ostwng i werth penodol penodol fel ei oes beicio neu gylchred defnydd. Po hiraf yw'r bywyd beicio, y gorau yw perfformiad beiciau'r batri. Mae gwahanol fathau o fatris yn arddangos bywydau beicio gwahanol; er enghraifft, gall batris cadmiwm nicel gyflawni miloedd o gylchredau, tra bod gan fatris arian sinc lai o gylchredau, rhai hyd yn oed yn llai na chant. Mae'n werth nodi y gall hyd yn oed batris o'r un math gael bywyd beicio gwahanol oherwydd gwahaniaethau yn eu strwythur mewnol.
Mae bywyd beicio batri yn cael ei effeithio gan amrywiaeth o ffactorau. Yn ogystal â defnydd a chynnal a chadw priodol, mae'r agweddau allweddol canlynol hefyd yn berthnasol: ① Yn ystod cylchoedd rhyddhau tâl, mae arwynebedd y deunydd gweithredol yn gostwng yn raddol, gan arwain at gynnydd mewn dwysedd cyfredol gweithredu a polareiddio dwys; ② Gall cydrannau gweithredol ar yr electrodau ddatgysylltu neu drosglwyddo; ③ Yn ystod gweithrediad batri, gall rhai deunyddiau electrod gael eu cyrydu; ④ Gall dendrites a ffurfiwyd ar yr electrodau yn ystod beicio achosi cylchedau byr y tu mewn i'r batri; ⑤ Gall y gwahanydd gael ei niweidio; ⑥ Mae morffoleg grisial y deunydd gweithredol yn newid yn ystod cylchoedd rhyddhau gwefr dro ar ôl tro, gan leihau ei weithgarwch.
Perfformiad storio
Mae perfformiad storio batri yn cyfeirio at faint o ynni a gollir yn naturiol yn y batri pan fydd mewn cyflwr cylched agored o dan amodau amgylcheddol penodol (fel tymheredd a lleithder). Gelwir y ffenomen hon hefyd yn hunan-ryddhau. Os yw cyfran y colled ynni yn ystod storio yn fach, mae'n dangos bod gan y batri berfformiad storio rhagorol.
Pan fydd batri mewn cyflwr cylched agored, er nad yw'n cyflenwi ynni trydanol i'r tu allan, mae'n dal i fynd trwy broses hunan-ryddhau. Mae'r ffenomen hon yn bennaf oherwydd ansefydlogrwydd thermodynamig yr electrodau yn yr amgylchedd electrolyte, gan arwain at adweithiau rhydocs digymell rhwng yr electrodau. Hyd yn oed o dan amodau sych, os nad yw'r sêl yn ddigon tynn, gall ymdreiddiad ffactorau allanol megis aer neu leithder ysgogi effaith hunan-ollwng y tu mewn i'r batri o hyd.
Gellir mynegi'r gyfradd hunan-ollwng hefyd fel nifer y dyddiau y mae'n ei gymryd i allu'r batri ostwng i werth penodol wrth ei storio, a elwir yn oes silff. Mae oes silff sych ac oes silff wlyb. Er enghraifft, gellir storio batri storio, heb ychwanegu electrolyte cyn ei ddefnyddio, am amser hir; gall batri o'r fath gael oes silff sych hir. Gelwir storio gyda electrolyte yn storio gwlyb; mae storio gwlyb yn arwain at effaith hunan-ollwng cryfach ac oes silff wlyb gymharol fyrrach. Er enghraifft, gall batri arian sinc fod ag oes silff sych o 5-8 mlynedd, tra mai dim ond ychydig fisoedd yw ei oes silff gwlyb fel arfer.