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聯(lián)系人:張經(jīng)理
1、奧冠電池的充放電曲線是電池生產(chǎn)與研究中最常見、最基礎(chǔ)的指標(biāo),充放電曲線一般具有如下特征:1、電池電位隨著恒流放電(充電)時間的延長而降低(增加)2、電池電位隨著放電(充電)電流的增大而降低(增加);3、在電池放電接近完成時,電池電位急劇下降;1、基本概念可逆電勢為電極發(fā)生可逆電極反應(yīng)時所具有的電勢,此時電極上沒有外電流通過,稱為可逆電勢(φr),或平衡電極電勢(φ平),此時正電荷和負(fù)電荷旗鼓相當(dāng),可以理解為理想電極電勢。當(dāng)有電流I(電流密度用i表示)通過電極,電極發(fā)生不可逆電極反應(yīng)。此時,電極電勢φI就會偏離平衡電極電勢((圖1),這種現(xiàn)象稱為電極的極化。此時有外力介入,正電荷和負(fù)電荷趨于失衡狀態(tài)。偏差的大小即為過電勢(或超電勢)η。即陰極極化為從外部向電極輸入電子,使得電極的凈反應(yīng)為還原反應(yīng)。陽極極化為從外部向電極輸入正電荷,使得電極的凈反應(yīng)為氧化反應(yīng)。就是中學(xué)學(xué)的氧化還原反應(yīng)。
2、電化學(xué)極化和濃差極化2.1 電化學(xué)極化電極過程常分為若干步進(jìn)行,若其中某一步速率很慢,則將阻礙整個電極反應(yīng)的進(jìn)行,并導(dǎo)致電極上聚集了一定的與可逆情況不同數(shù)量的電荷。這種由于電化學(xué)反應(yīng)本身遲緩引起的極化稱為電化學(xué)極化。將Ag插入Ag+溶液中,Ag|Ag+(a0),電極反應(yīng)為:Ag+(a)+e→Ag電化學(xué)極化:擴(kuò)散速度快,反應(yīng)速度慢,陰陽極表面附近Ag+的濃度不變.若忽略離子的電遷移。陰極極化為由電源輸入金屬陰極的電子來不及消耗,即溶液中Ag+不能馬上與電極上的電子結(jié)合變成Ag,造成電極上電子過多積累,使電極電勢變負(fù)。陽極極化為金屬相電子大量流失(被強(qiáng)制抽走),但Ag+仍留在金屬陽極上,電極上積累過多正電荷,使電極電勢變正。2.2 濃差極化關(guān)于濃差極化,還可以這樣理解:電解作用開始后,陽離子在陰極上還原,致使電極表面附近溶液陽離子減少,濃度低于內(nèi)部溶液,這種濃度差別的出現(xiàn)是由于陽離子從溶液內(nèi)部向陰極輸送的速度,趕不上陽離子在陰極上還原析出的速度,在陰極上還原的陽離子減少了,必然引起陰極電流的下降。為了維持原來的電流,必然要增加額外的電壓(推動力),也即要使陰極電位比可逆電位更低一些。陽極反應(yīng)也可以相似理解。3、鋰電池中的電極極化當(dāng)有外電流通過的時候,產(chǎn)生了極化,使得電極的電位發(fā)生變化。1、當(dāng)電流通過外電路已經(jīng)達(dá)到正極時,由于Li+傳輸速度小于電極反應(yīng)消耗的Li+速度,使得Li+在電極表面的濃度將小于電解液中的濃度,大量的電子在正極表面堆積,使得負(fù)電荷過多,因而正極的電位會下降。這種現(xiàn)象稱之為濃度極化。
2、當(dāng)電流通過外電路已經(jīng)達(dá)到正極時,Li+通過擴(kuò)散也能夠及時抵達(dá)電極表面區(qū)域。但是電極反應(yīng)需要一定的活化能,電極反應(yīng)速度較慢于電子傳輸?shù)乃俣?,?dǎo)致在正極中積累了大量的電子,正極的電位有所下降。這種由于電化學(xué)反應(yīng)本身的遲緩性引起的極化稱之為電化學(xué)極化。
放電時,step1:電子已經(jīng)到達(dá)正極,而只有少量鋰離子從負(fù)極經(jīng)過電解液到達(dá)正極界面處,而造成了正極電位下降,step2:當(dāng)電流通過外電路已經(jīng)達(dá)到正極時,Li+通過擴(kuò)散也能夠及時抵達(dá)電極表面區(qū)域。但是電極反應(yīng)需要一定的活化能,導(dǎo)致電極反應(yīng)速度較慢,從而在正極中積累了大量的負(fù)電荷,正極的電位有所下降,這種由于電化學(xué)反應(yīng)本身的遲緩性引起的極化稱之為電化學(xué)極化。綜上所述,放電時,正極的極化導(dǎo)致正極的電位降低。同理可得,負(fù)級的極化使得負(fù)級的電位升高。而在放電停止的一瞬間,電流消失,電子不會持續(xù)堆積,電池的電壓會有一個突然的上升,這是因為歐姆極化被消除。在隨后的靜置過程中,電子不會持續(xù)堆積,由于時間充足,Li+也能夠慢慢擴(kuò)散到電極表面,消耗掉放電時積累的電子,電子是帶負(fù)電的,電子減少,所以正極電位上升。同理,由于極化的消失,正極的電位上升,負(fù)極的電位下降,全電池的電壓變大。
故放電停止,電壓會有一個上升的變化。同理可得充電停止,電壓會有一個下降的變化。