1. Что такое гистерезис напряжения?
Гистерезис напряжения — это явление, при котором кривые изменения потенциала электрода в зависимости от емкости не совпадают в процессе зарядки-разрядки, образуя таким образом петлю гистерезиса напряжения. Гистерезис напряжения приводит к рассеиванию энергии и снижению эффективности зарядки/разрядки при зарядке и разрядке литий-ионных батарей.
Точка равновесия кривой заряда находится ниже напряжения на клеммах, а точка равновесия кривой разряда — выше напряжения на клеммах. Основная причина этого явления — процессы заряда, разряда и массопереноса в двойном слое.
Полный цикл заряда-разряда (полная зарядка и разрядка) батареи приводит к образованию первичной петли гистерезиса; неполный цикл заряда-разряда (частичная зарядка и разрядка) приводит к образованию вторичной петли гистерезиса. Две кривые, составляющие первичную петлю гистерезиса, являются граничными кривыми всех петель гистерезиса, образуя наибольшую замкнутую петлю. Кривые заряда-разряда вторичной петли гистерезиса лежат внутри граничных кривых и стремятся к ним сходиться.
2. Причины гистерезиса напряжения в литий-ионных батареях
Основными причинами гистерезиса напряжения в литий-ионных батареях являются энтропийный эффект, механическое напряжение и микроскопические искажения в активном электродном материале во время внедрения и извлечения лития. Литирование и делитирование имеют разные постоянные решетки, что создает механическое напряжение в фазовом барьере и, следовательно, вызывает падение потенциала внутри отдельной частицы при переходе от заряда к разряду.
Термодинамические эффекты также являются фактором, который нельзя игнорировать.
3. Какие аспекты затрагиваются эффектом гистерезиса?
Согласно принципу релаксационного эффекта, напряжение после зарядки и разрядки должно сходиться к истинному значению напряжения холостого хода (OCV) в данной точке заряда (SOC). Однако из-за эффекта гистерезиса напряжение после разрядки всегда релаксирует до значения ниже истинного OCV, в то время как напряжение после зарядки релаксирует до значения выше истинного OCV. Это вносит существенную погрешность в измерение и расчет поляризационного напряжения, что влияет на прогнозирование напряжения и мощности батареи.
