1. ما هو التخلف في الجهد؟
يشير التخلف الجهدي إلى ظاهرة عدم تطابق منحنيات تطور جهد القطب مع السعة أثناء عملية الشحن والتفريغ، مما يُشكل حلقة تخلف جهدي. ويؤدي التخلف الجهدي إلى تبديد الطاقة وانخفاض كفاءة الشحن والتفريغ في بطاريات الليثيوم أيون.
تكون نقطة التوازن في منحنى الشحن أقل من جهد الطرف، بينما تكون نقطة التوازن في منحنى التفريغ أعلى من جهد الطرف. والسبب الرئيسي لهذه الظاهرة هو عمليات الشحن والتفريغ وانتقال الكتلة في الطبقة المزدوجة.
ينتج عن إجراء دورة شحن وتفريغ كاملة للبطارية حلقة التخلف المغناطيسي الأساسية؛ بينما ينتج عن إجراء دورة شحن وتفريغ غير كاملة حلقة التخلف المغناطيسي الثانوية. يمثل المنحنيان اللذان يشكلان حلقة التخلف المغناطيسي الأساسية منحنيات حدود جميع حلقات التخلف المغناطيسي، مما يشكل أكبر حلقة مغلقة. تقع منحنيات الشحن والتفريغ لحلقة التخلف المغناطيسي الثانوية ضمن منحنيات الحدود وتميل إلى التقارب نحوها.
2. أسباب التخلف في الجهد الكهربائي في بطاريات الليثيوم أيون
تتمثل الأسباب الرئيسية لظاهرة التخلف في الجهد في بطاريات الليثيوم أيون في تأثير الإنتروبيا، والإجهاد الميكانيكي، والتشوه المجهري داخل مادة القطب الفعالة أثناء إدخال الليثيوم وإخراجه. تختلف ثوابت الشبكة البلورية لعمليتي إدخال الليثيوم وإخراجه، مما يُولّد إجهادًا ميكانيكيًا في حاجز الطور، وبالتالي يُسبب انخفاضًا في الجهد داخل الجسيم الواحد عند الانتقال من الشحن إلى التفريغ.
تُعد التأثيرات الديناميكية الحرارية أيضاً عاملاً لا يمكن تجاهله.
3. ما هي الجوانب التي تتأثر بتأثير التخلف المغناطيسي؟
وفقًا لمبدأ تأثير الاسترخاء، ينبغي أن يتقارب الجهد بعد الشحن والتفريغ مع قيمة جهد الدائرة المفتوحة الحقيقية عند نقطة حالة الشحن تلك. مع ذلك، وبسبب تأثير التخلف، يسترخي الجهد بعد التفريغ دائمًا إلى قيمة أقل من جهد الدائرة المفتوحة الحقيقي، بينما يسترخي الجهد بعد الشحن إلى قيمة أعلى منه. يُؤدي هذا إلى خطأ كبير في قياس وحساب جهد الاستقطاب، مما يؤثر على التنبؤ بجهد البطارية وقدرتها.
