force électromotrice
◆Performances de décharge des batteries de stockage d'énergie
Lorsque le circuit externe est ouvert, c'est-à-dire qu'aucun courant ne circule dans la batterie, la différence de potentiel entre les électrodes positives et négatives est définie comme la force électromotrice (FEM) de la batterie, généralement désignée par le symbole E. La valeur de la FEM est l'un des indicateurs reflétant la quantité d'énergie électrique que la batteriesystème de batteriepeut produire. Selon les principes thermodynamiques, nous avons...
Dans la formule, AG représente le changement de l'énergie libre de Gibbs ; n représente le nombre de transfert d'électrons ; E représente la force électromotrice de la cellule ; et F représente la constante de Faraday.
L'équation (1.2) montre que l'ampleur de la force électromotrice de la batterie dépend principalement des propriétés inhérentes des substances impliquées dans la réaction chimique, des conditions de réaction (telles que la température) pendant le fonctionnement de la batterie et de l'activité des réactifs et des produits, et n'est pas affectée par la géométrie ou la taille de la batterie.
Tension en circuit ouvert
La tension en circuit ouvert-d'une batterie fait référence à la différence de potentiel entre les bornes positives et négatives lorsque le circuit externe est déconnecté de la batterie. Il est important de noter que, comme les bornes positives et négatives peuvent ne pas avoir atteint l'équilibre thermodynamique dans la solution électrolytique, la tension en circuit ouvert - est généralement légèrement inférieure à sa force électromotrice (FEM). La FEM est une valeur théorique calculée sur la base de formules thermodynamiques, tandis que la tension en circuit ouvert-est une valeur réelle obtenue par mesure expérimentale directe ; les deux sont très proches en valeur. Pour déterminer avec précision la tension en circuit ouvert-, aucun courant ne doit traverser l'instrument de mesure pendant le processus de mesure ; un voltmètre à haute -résistance est généralement utilisé pour ce test.
En outre, le concept de tension nominale est également utilisé dans la recherche sur la production. La tension nominale est une approximation appropriée de la tension d'une batterie, également appelée tension nominale, et est utilisée pour identifier le type de batterie. Par exemple, la tension en circuit ouvert-d'une batterie au plomb-acide est proche de 2,1 V et sa tension nominale est fixée à 2,0 V ; la tension nominale d'une batterie zinc-manganèse est de 1,5 V ; et la tension nominale d'une batterie au cadmium-nickel et d'une batterie au nickel-hydrure métallique est de 1,2 V.
Résistance interne
La résistance interne d'une batterie, communément appelée résistance interne (Rinterne), fait référence à la résistance rencontrée lorsque le courant traverse la batterie. Cette résistance interne se compose principalement de deux parties : l’une est la résistance interne ohmique causée par les propriétés du matériau lui-même ; l'autre est la résistance interne de polarisation supplémentaire générée par le phénomène de polarisation à la surface de l'électrode lors de la réaction électrochimique.
La résistance ohmique (R0) est affecté par les caractéristiques de l'électrolyte, les propriétés de la membrane et le matériau de l'électrode. La résistance ohmique d'une solution électrolytique est étroitement liée à sa composition spécifique, son niveau de concentration et sa température ambiante. Généralement, la concentration d'électrolyte pour les batteries est sélectionnée dans la plage de conductivité la plus élevée. La résistance provoquée par les micropores de la membrane à la migration des ions de l'électrolyte est appelée résistance membranaire, c'est-à-dire la résistance rencontrée par les ions lorsqu'ils traversent les micropores de la membrane. La résistance ohmique de la membrane est liée à des facteurs tels que le type d'électrolyte, le matériau de la membrane, la porosité et le degré de tortuosité des pores. La résistance en phase solide-sur les électrodes comprend la résistance des particules de matériau actif elles-mêmes, la résistance de contact entre les particules, la résistance de contact entre le matériau actif et le cadre conducteur, ainsi que la somme des résistances du cadre conducteur, des barres conductrices et des bornes. Lors de la décharge, la composition et la morphologie de la matière active peuvent changer, entraînant des changements importants de résistance. Pour réduire la résistance en phase solide-, des composants conducteurs, tels que le graphite noir d'acétylène-, sont souvent ajoutés au matériau actif pour augmenter sa conductivité. La résistance interne ohmique d’une batterie est également liée à des facteurs tels que sa taille, son assemblage et sa structure. Plus l’ensemble est compact et plus l’espacement des électrodes est petit, plus la résistance interne ohmique est faible.
La résistance de polarisation (R) fait référence à la résistance interne générée dans une source d'énergie chimique en raison de la polarisation lors de réactions électrochimiques au niveau des électrodes positives et négatives. La résistance de polarisation comprend la somme des résistances provoquées par la polarisation électrochimique et la polarisation de concentration. Son ampleur est influencée par les propriétés des matériaux actifs, la structure des électrodes et le processus de fabrication de la batterie, et est particulièrement étroitement liée à l'état de fonctionnement de la batterie. Par conséquent, la résistance de polarisation change en conséquence avec les variations du mode de décharge et du temps de décharge.
Tension de fonctionnement
La tension de fonctionnement d'une batterie, également appelée tension de charge ou tension de décharge, fait référence à la différence de potentiel entre les bornes positives et négatives de la batterie lorsque le courant circule dans un circuit externe. Lorsque le courant circule à travers la batterie, afin de surmonter la résistance causée par la résistance de polarisation et la résistance ohmique, la valeur réelle de la tension de fonctionnement mesurée est toujours inférieure à la tension en circuit ouvert-dans des conditions à vide-charge.
Comme le montre l’équation (1.3), plus la résistance interne de la batterie est élevée, plus la tension de fonctionnement de la batterie est faible et plus la production d’énergie réelle est faible. Évidemment, la résistance interne de la batterie doit être la plus faible possible.