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Definición y clasificación de la pila: acompañada innecesariamente de movimiento mecánico, y la conversión directa de diversas energías en un dispositivo de generación de energía de corriente continua
Principio de funcionamiento de la pila: en el proceso de descarga, se produce una reacción de oxidación en el electrodo negativo, proporcionando electrones al exterior; se produce una reacción de reducción en el electrodo positivo, recibiendo electrones del circuito externo, los electrones fluyen del electrodo negativo al positivo, mientras que la dirección de la corriente es exactamente opuesta a la dirección del flujo de electrones, por lo que la corriente fluye del electrodo positivo al negativo a través del circuito externo
Origen de la pila:
La primera pila seca fue inventada en 1887 por el inglés Hererson.
En 1899, Waldmar Jungner inventó la pila de níquel-cadmio.
En 1914, Thomas Edison inventó la pila alcalina.
En 1976, los científicos de Philips Research inventan la pila de níquel-hidrógeno.
1991, Sony. se fabrican comercialmente baterías recargables de iones de litio.
Nociones básicas sobre pilas de litio - Terminología de las pilas
Capacidad (Capacity) La cantidad de energía que puede suministrar una pila en determinadas condiciones de descarga se denomina capacidad de la pila y se expresa mediante el símbolo C. La unidad comúnmente utilizada es el amperio-hora, denominado amperio-hora (Ah) o miliamperio-hora (mAh).
La capacidad de una pila puede dividirse en capacidad teórica, capacidad nominal y capacidad real.
1) La capacidad teórica es el valor teórico más alto obtenido calculando la masa de la sustancia activa según la ley de Faraday. Para comparar diferentes series de baterías, se suele utilizar el concepto de capacidad específica, es decir, la potencia teórica que se puede dar por unidad de volumen o por unidad de masa de la batería en Ah/kg (mAh/g) o Ah/L (mAh/cm3).
2) La capacidad real es la cantidad de electricidad que puede producir una batería en determinadas condiciones. Es igual al producto de la corriente de descarga y el tiempo de descarga en Ah, y su valor es inferior a la capacidad teórica.
3) La capacidad nominal también se denomina capacidad garantizada, y es la capacidad mínima que debe descargar la batería en determinadas condiciones de descarga según las normas promulgadas por el estado o los departamentos pertinentes.
Resistencia interna (Impedancia)
1) Definición: La corriente se resiste cuando pasa por el interior de la batería, de modo que la tensión de la batería se reduce, y esta resistencia se denomina resistencia interna de la batería.
2) La resistencia interna de una pila no es una constante y cambia con el tiempo durante la descarga porque la composición del material activo, la concentración del electrolito y la temperatura cambian constantemente.
(3) La resistencia interna de una batería incluye la resistencia interna óhmica y la resistencia interna polarizada, y la resistencia interna polarizada incluye la polarización electroquímica y la polarización por concentración. La existencia de resistencia interna hace que la tensión final de la batería sea inferior al potencial eléctrico de la batería y a la tensión de circuito abierto cuando se descarga, y superior al potencial eléctrico y a la tensión de circuito abierto cuando se carga.
(4) La resistencia óhmica obedece a la ley de ohm; la resistencia de polarización aumenta con la densidad de corriente, pero no linealmente, a menudo aumenta linealmente con el logaritmo de la densidad de corriente.
Tensión en circuito abierto (OCV)
(1) Cuando la batería no está descargada, la diferencia de potencial entre los dos polos de la batería se denomina tensión en circuito abierto.
(2) La tensión en circuito abierto de una pila varía en función del material de los electrodos positivo y negativo y del electrolito. Si el material de los electrodos positivo y negativo es exactamente el mismo, la tensión en circuito abierto será la misma por muy grande que sea el volumen de la pila y por mucho que cambie su geometría.
4、Tensión de terminación (tensión de corte de descarga)
Significa que cuando la batería se descarga, la tensión cae hasta el valor más bajo de tensión de trabajo que la batería no debe seguir descargando. Según los diferentes tipos de batería y las diferentes condiciones de descarga, los requisitos de capacidad y vida útil de la batería también son diferentes, por lo que la tensión de terminación especificada de descarga de la batería también es diferente.
Profundidad de descarga DOD
(1) En el proceso de uso de la batería, el porcentaje de su capacidad nominal liberado por la batería se denomina profundidad de descarga.
(2) La profundidad de descarga y la vida de carga de la batería secundaria tienen una relación profunda, cuando más profunda es la profundidad de descarga de la batería secundaria, más corta es su vida de carga, por lo que en el uso se debe tratar de evitar la descarga profunda.
Descarga excesiva
Si la batería se descarga por encima del valor final de tensión y continúa descargándose, puede provocar un aumento de la presión interna de la batería y dañar la reversibilidad de las sustancias activas positivas y negativas, lo que provocará una reducción significativa de la capacidad de la batería.
Densidad energética
(1) Volumen o masa media de electricidad liberada por una pila.
(2) En general, a igualdad de volumen, la densidad de energía de las pilas de iones de litio es 2,5 veces la de las pilas de níquel-cadmio y 1,8 veces la de las pilas de níquel-hidruro metálico, por lo que, a igualdad de capacidad, las pilas de iones de litio serán más pequeñas y ligeras que las de níquel-cadmio y níquel-hidruro metálico.
Autodescarga
Se trata de un fenómeno que se produce cuando una pila pierde su carga por diversos motivos, tanto si se utiliza como si no. Después de cargar completamente la batería, se deja durante un mes. A continuación, la batería se descarga a 3,0V con 1C, la capacidad es C2; la capacidad inicial de la batería es C0; 1-C2/C0 es la tasa de autodescarga mensual de la batería.
Duración del ciclo de carga (Cycle life)
(1) La batería se carga completamente y luego se descarga completamente, realizando ciclos hasta que la capacidad decae hasta el 75% de la capacidad inicial; el número de ciclos es la vida útil de la batería.
(2) La vida útil del ciclo está relacionada con las condiciones de carga y descarga de la batería, la vida útil del ciclo de carga/descarga de 1C de las baterías de iones de litio a temperatura ambiente puede ser de 300-500 veces (estándar de la industria), hasta 800-1000 veces.
Efecto memoria
(1) El efecto memoria es para las pilas de NiCd, como el electrodo negativo en el proceso tradicional está sinterizado y los granos de cadmio son gruesos, si las pilas de NiCd se recargan antes de que se hayan descargado completamente, los granos de cadmio tienden a aglomerarse en un bloque y formar una plataforma de descarga secundaria cuando se descarga la pila. La pila almacenará esta meseta de descarga y la utilizará como final de la descarga en el siguiente ciclo, aunque la capacidad de la propia pila le permitirá descargarse hasta una meseta inferior. La batería sólo recordará esta baja capacidad durante las siguientes descargas. Además, en cada uso, cualquier descarga incompleta profundizará este efecto, haciendo que la capacidad de la batería sea aún menor.
(2) Para eliminar este efecto, hay dos métodos, uno es usar una descarga profunda de baja corriente (como con 0.1C de descarga a 0V) otro es usar una carga y descarga de alta corriente (como 1C) varias veces.
(3) Tanto las baterías de NiMH como las de Li-ion no tienen efecto memoria.