Ποια είναι η εσωτερική αντίσταση μιας μπαταρίας λιθίου;
Όταν το ρεύμα ρέει μέσα από το εσωτερικό μιας μπαταρίας, συναντά αντίσταση, προκαλώντας μείωση της τάσης λειτουργίας της μπαταρίας. Αυτή η αντίσταση ονομάζεται εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας. Λόγω της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας, η τάση ακροδεκτών είναι χαμηλότερη από την ηλεκτροκινητική δύναμη και την τάση ανοιχτού κυκλώματος-κατά την εκφόρτιση. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης, η τάση ακροδεκτών είναι υψηλότερη από την ηλεκτροκινητική δύναμη και την τάση ανοιχτού κυκλώματος-. Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας είναι μια εξαιρετικά σημαντική παράμετρος μιας χημικής πηγής ενέργειας. Επηρεάζει άμεσα την τάση λειτουργίας, το ρεύμα λειτουργίας, την ενέργεια εξόδου και την ισχύ της μπαταρίας. Για μια πρακτική χημική πηγή ενέργειας, όσο χαμηλότερη είναι η εσωτερική αντίσταση, τόσο το καλύτερο.
Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας δεν είναι σταθερή. ποικίλλει κατά την εκφόρτιση ανάλογα με τη σύνθεση του ενεργού υλικού, τη συγκέντρωση ηλεκτρολύτη, τη θερμοκρασία της μπαταρίας και το χρόνο εκφόρτισης. Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας περιλαμβάνει την ωμική εσωτερική αντίσταση (R0) και την εσωτερική αντίσταση πόλωσης (Rf) που παρουσιάζουν τα ηλεκτρόδια κατά τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις. Το άθροισμα αυτών των δύο ονομάζεται συνολική εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας (Rw).
Η ωμική εσωτερική αντίσταση αποτελείται κυρίως από την εσωτερική αντίσταση των υλικών ηλεκτροδίων, του ηλεκτρολύτη, του διαχωριστή και της αντίστασης επαφής διαφόρων εξαρτημάτων. Σχετίζεται με το μέγεθος, τη δομή, τη μέθοδο σχηματισμού ηλεκτροδίων της μπαταρίας (π.χ. πάστα-τύπου και σωληνωτά ηλεκτρόδια σε μπαταρίες μολύβδου-οξέος και ηλεκτρόδια κουτιού-και πυροσυσσωματωμένων σε αλκαλικές μπαταρίες) και τη στεγανότητα της συναρμολόγησης. Η ωμική εσωτερική αντίσταση υπακούει στο νόμο του Ohm.
Η εσωτερική αντίσταση πόλωσης αναφέρεται στην εσωτερική αντίσταση που προκαλείται από την πόλωση μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων μιας χημικής πηγής ισχύος κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Είναι το άθροισμα των αντιστάσεων που προκαλούνται από την ηλεκτροχημική πόλωση και τη συγκέντρωση
πόλωση.
Η εσωτερική αντίσταση της πόλωσης σχετίζεται με τη φύση του ενεργού υλικού, τη δομή του ηλεκτροδίου και τη διαδικασία κατασκευής της μπαταρίας, ιδιαίτερα στενά συνδεδεμένη με τις συνθήκες λειτουργίας της μπαταρίας. Το ρεύμα εκφόρτισης και η θερμοκρασία έχουν σημαντικό αντίκτυπο. Κατά την εκφόρτιση υψηλής πυκνότητας ρεύματος, τόσο η ηλεκτροχημική πόλωση όσο και η πόλωση συγκέντρωσης αυξάνονται, προκαλώντας ενδεχομένως ακόμη και παθητικοποίηση του αρνητικού ηλεκτροδίου, αυξάνοντας έτσι την εσωτερική αντίσταση πόλωσης. Οι χαμηλές θερμοκρασίες επηρεάζουν αρνητικά την ηλεκτροχημική πόλωση και τη διάχυση ιόντων. Συνεπώς, η εσωτερική αντίσταση πόλωσης της μπαταρίας αυξάνεται επίσης υπό συνθήκες χαμηλής- θερμοκρασίας. Επομένως, η αντίσταση πόλωσης δεν είναι σταθερή, αλλά αλλάζει με τον ρυθμό εκφόρτισης, τη θερμοκρασία και άλλες συνθήκες.
Η αναλυτική έκφραση για την εσωτερική αντίσταση μιας μπαταρίας είναι η εξής:
Στον τύπο, bE (iₐ,τ,C) I2-1-Εσωτερική αντίσταση πόλωσης μπαταρίας.
β-Ο συντελεστής διακύμανσης της τάσης του ακροδέκτη της μπαταρίας σε σχέση με την τάση του ακροδέκτη της μπαταρίας Ε υπό συνθήκες ονομαστικής χωρητικότητας όταν η μπαταρία φορτίζεται και αποφορτίζεται με ρεύμα Iₐ.
Rₑₗ(τ,C)-Αντίσταση του ηλεκτρολύτη.
Rₑ(C)-Αντίσταση ηλεκτροδίου. Η αντίσταση ηλεκτρολύτη R22 και η αντίσταση ηλεκτροδίου R2 είναι αντιστρόφως ανάλογες της στιγμιαίας χωρητικότητας της μπαταρίας.
iₐ, τ, C-Ρεύμα φόρτισης και εκφόρτισης μπαταρίας, θερμοκρασία και κατάσταση χωρητικότητας εκείνη τη στιγμή.
Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας είναι σχετικά μικρή και συχνά αμελητέα υπό πολλές συνθήκες λειτουργίας. Ωστόσο, οι μπαταρίες ισχύος για ηλεκτρικά οχήματα λειτουργούν συχνά υπό συνθήκες υψηλού ρεύματος και βαθιάς εκφόρτισης, με αποτέλεσμα σημαντική πτώση τάσης που προκαλείται από εσωτερική αντίσταση. Σε αυτή την περίπτωση, η επίδραση της εσωτερικής αντίστασης σε ολόκληρο το κύκλωμα δεν μπορεί να αγνοηθεί.
