Пассивация литиевых батарей
Пассивация литиевых батарей, особенно тех, в которых используется литий-тионилхлорид (LiSOCl2) химия, относится к распространённому явлению образования тонкой плёнки на литиевом аноде. Эта плёнка состоит в основном из хлорида лития (LiCl), побочного продукта первичной химической реакции внутри элемента. Хотя этот пассивирующий слой может повлиять на производительность аккумулятора, особенно после длительного простоя, он также играет решающую роль в увеличении срока службы и безопасности аккумулятора.
Формирование пассивирующего слоя
В литий-тионилхлоридных аккумуляторах пассивация происходит естественным образом в результате реакции между литиевым анодом и электролитом на основе тионилхлорида (SOCl2). В результате реакции образуются побочные продукты – хлорид лития (LiCl) и диоксид серы (SO2). Хлорид лития постепенно образует тонкий твердый слой на поверхности литиевого анода. Этот слой действует как электроизолятор, препятствуя потоку ионов между анодом и катодом.
Преимущества пассивации
Пассивирующий слой не является полностью вредным. Его основное преимущество — увеличение срока службы аккумулятора. Ограничивая скорость саморазряда аккумулятора, пассивирующий слой обеспечивает сохранение заряда в течение длительного времени хранения, что делает LiSOCl2-аккумуляторы идеальными для применений, где критически важна долговременная надежность без необходимости обслуживания, например, в аварийных и резервных источниках питания, военных и медицинских приборах.
Кроме того, пассивирующий слой повышает общую безопасность аккумулятора. Он предотвращает чрезмерные реакции между анодом и электролитом, которые могут привести к перегреву, разрушению или даже взрыву в экстремальных случаях.
Проблемы пассивации
Несмотря на свои преимущества, пассивация создаёт серьёзные проблемы, особенно при повторном вводе аккумулятора в эксплуатацию после длительного периода бездействия. Изолирующие свойства пассивирующего слоя могут привести к повышению внутреннего сопротивления, что может привести к:
●Уменьшенное начальное напряжение (задержка напряжения)
●Уменьшение общей емкости
●Более медленное время отклика
Эти эффекты могут создавать проблемы в устройствах, которым требуется высокая мощность сразу после активации, таких как GPS-трекеры, передатчики аварийного определения местоположения и некоторые медицинские приборы.
Устранение или уменьшение последствий пассивации
1. Приложение нагрузки: Один из распространённых методов смягчения последствий пассивации заключается в приложении к аккумулятору умеренной электрической нагрузки. Эта нагрузка помогает «разрушить» пассивирующий слой, что, по сути, позволяет ионам более свободно перемещаться между электродами. Этот метод часто используется, когда устройства вынимаются из хранилища и должны быть готовы к немедленному запуску.
2. Импульсная зарядка: в более серьёзных случаях можно использовать метод, называемый импульсной зарядкой. Он заключается в подаче на аккумулятор серии коротких импульсов тока высокой силы для более интенсивного разрушения пассивирующего слоя. Этот метод может быть эффективным, но требует осторожности, чтобы избежать повреждения аккумулятора.
3. Подготовка аккумулятора: Некоторые устройства предусматривают процесс подготовки, при котором аккумулятор периодически подвергается нагрузке во время хранения. Эта профилактическая мера помогает минимизировать толщину образующегося пассивирующего слоя, обеспечивая готовность аккумулятора к использованию без существенного снижения его производительности.
4. Контролируемые условия хранения: Хранение аккумуляторов в контролируемых условиях окружающей среды (оптимальная температура и влажность) также может замедлить скорость образования пассивирующего слоя. Более низкие температуры могут замедлить химические реакции, участвующие в пассивации.
5. Химические добавки: Некоторые производители аккумуляторов добавляют в электролит химические соединения, которые могут ограничивать образование или стабильность пассивирующего слоя. Эти добавки предназначены для поддержания внутреннего сопротивления на приемлемом уровне без ущерба для безопасности или срока службы аккумулятора.
В заключение следует отметить, что, хотя пассивация может на первый взгляд показаться недостатком литий-тионилхлоридных аккумуляторов, это палка о двух концах, которая также имеет существенные преимущества. Понимание природы пассивации, её эффектов и методов смягчения этих эффектов критически важно для максимального повышения производительности этих аккумуляторов в практическом применении. Такие методы, как приложение нагрузки, импульсный заряд и кондиционирование аккумуляторов, играют ключевую роль в управлении пассивацией, особенно в критически важных и высоконадёжных приложениях. По мере развития технологий ожидается дальнейшее совершенствование химии аккумуляторов и систем управления ими, что улучшит управление пассивацией, тем самым расширяя область применения и повышая эффективность литиевых аккумуляторов.
Время публикации: 11 мая 2024 г.
