Artikulu honetan, NCM111+LMO elektrodo positiboa duen 40 Ah-ko poltsako bateria baten gainkargaren errendimendua aztertzen da esperimentu eta simulazioen bidez.Gainkarga-korronteak 0,33C, 0,5C eta 1C dira, hurrenez hurren.Bateriaren tamaina 240 mm * 150 mm * 14 mm da.(3.65V-ko tentsio nominalaren arabera kalkulatuta, bere bolumen-energia espezifikoa 290Wh/L ingurukoa da, oraindik nahiko baxua dena)
Gehiegizko karga-prozesuan zehar tentsioa, tenperatura eta barne-erresistentzia-aldaketak 1. irudian erakusten dira. Gutxi gorabehera lau fasetan bana daiteke:
Lehenengo etapa: 1
Bigarren etapa: 1.2
Hirugarren etapa: 1.4
Laugarren etapa: SOC>1.6, bateriaren barne-presioak muga gainditzen du, karkasa hausten da, diafragma txikitu eta deformatu egiten da eta bateriaren ihes termikoa.Zirkuitu labur bat bateriaren barruan gertatzen da, energia kantitate handia azkar askatzen da eta bateriaren tenperatura nabarmen igotzen da 780 °C arte.
Gehiegizko karga-prozesuan sortzen den beroa honako hauek dira: entropia-bero itzulgarria, Joule-ko beroa, erreakzio kimikoko beroa eta barne-zirkuitu laburrean askatzen den beroa.Erreakzio kimikoaren beroak Mn disoluzioak askatzen duen beroa, litio metalikoaren elektrolitoarekin duen erreakzioa, elektrolitoaren oxidazioa, SEI filmaren deskonposizioa, elektrodo negatiboaren deskonposizioa eta elektrodo positiboaren deskonposizioa barne hartzen ditu. (NCM111 eta LMO).1. taulan erreakzio bakoitzaren entalpia aldaketa eta aktibazio-energia erakusten dira.(Artikulu honek aglutinatzaileen alboko erreakzioak alde batera uzten ditu)
3. irudia gainkargatzean bero-sorkuntza-tasa karga-korronte desberdinekin alderatzen da.3. iruditik ondorio hauek atera daitezke:
1) Karga-korrontea handitu ahala, ihes-denbora termikoak aurrera egiten du.
2) Gainkargatzean bero-ekoizpena Joule beroa da nagusi.SOC<1.2, bero-ekoizpen osoa funtsean Joule beroaren berdina da.
3) Bigarren fasean (1
4) SOC> 1,45, litio metalikoaren eta elektrolitoaren erreakzioak askatzen duen beroak Joule-ko beroa gaindituko du.
5) SOC> 1.6 denean, SEI filmaren eta elektrodo negatiboaren arteko deskonposizio-erreakzioa hasten da, elektrolitoen oxidazio-erreakzioaren bero-ekoizpen-tasa nabarmen handitzen da eta bero-ekoizpen tasa gailurrera iristen da.(Literaturako 4. eta 5.eko deskribapenak irudiekin bat datoz zertxobait, eta hemengo irudiak nagusituko dira eta egokitu egin dira).
6) Gehiegizko karga prozesuan, litio metalikoaren erreakzioa elektrolitoarekin eta elektrolitoaren oxidazioa dira erreakzio nagusiak.
Aurreko analisiaren bidez, elektrolitoaren oxidazio potentziala, elektrodo negatiboaren ahalmena eta ihes termikoaren hasierako tenperatura dira gainkargatzeko hiru parametro nagusiak.4. irudiak hiru funtsezko parametroek gainkargaren errendimenduan duten eragina erakusten du.Ikus daiteke elektrolitoaren oxidazio potentzialaren gehikuntzak bateriaren gainkargaren errendimendua asko hobetu dezakeela, elektrodo negatiboaren ahalmenak gehiegizko kargaren errendimenduan eragin txikia duen bitartean.(Bestela esanda, goi-tentsioko elektrolitoak bateriaren gainkargaren errendimendua hobetzen laguntzen du, eta N/P erlazioa handitzeak eragin txikia du bateriaren gainkargaren errendimenduan).
Erreferentziak
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364 (2017) 328-340
Argitalpenaren ordua: 2022-12-15