Parametry ogniw: napięcie ogniwa otwartego

Transkrypt

1 Parametry ogniw: napięcie ogniwa otwartego OCV napięcie ogniwa bez obciążenia, siła elektromotoryczna. Pierwsze przybliżenie: różnica potencjałów standardowych Napięcie ogniwa może być zapisane jako różnica równowagowych potencjałów półogniw Równanie Nernsta Temperatura pokojowa, aktywności = 1 OCV dla elektrod cynkowych. Sybil Terry - prezentacja Stężenie molowe formy utlenionej Stężenie molowe formy zredukowanej

2 Napięcie ogniwa otwartego Siła elektromotoryczna zależy od aktywności i stężenia jonów w roztworze. W ogniwie Daniella jest funkcją stężenia jonów cynku i miedzi w roztworach. Można wykorzystywać do pomiaru stężeń miareczkowanie.

3 Napięcie ogniwa otwartego Siła elektromotoryczna zależy od temperatury. Przykład: Współczynnik zmienności temperaturowej, jednostka mv/k

4 Napięcie ogniwa otwartego Texas Instruments Napięcie ogniwa otwartego zależy od stopnia naładowania.

5 OCV w funkcji naładowania-profil napięciowy Kształt profilu ogniwa zależy od charakterystyki obu elektrod! Ogniwa o stromym profilu często wymagają przekształtników napięcia. Często wykorzystujemy jedynie część profilu unikamy przemian fazowych i spadku pojemności. Profil zmienia się z kolejnymi cyklami ładowania/rozładowania (starzenie). Zależy od historii ogniwa!

6 Parametry ogniw: okno pracy Zakres napięć zależy od komponentów ogniwa. Wiele typów ogniw nie może ulec rozładowaniu do 0.

7 Parametry ogniw: pojemność Zgromadzony ładunek: I t [Ah = 1A 3600s]. Zgromadzona energia: U I t [J] Moc: U I [W] Tzw. napięcie robocze: - Podane na podstawie średniej wartości min/max + Obliczone na podstawie zgromadzonej energii (całkowanie) Krzywa rozładowania ogniw nie jest liniowa. W górnym i dolnym końcu zakresu napięć zgromadzone względnie niewiele energii. Zgromadzona energia może zależeć od prądu rozładowania im większy, tym mniejsza!

8 Parametry ogniw: prąd 1C - Prąd jednogodzinny rozładowanie w godzinę. 6C rozładowanie w 10 minut. Pojemność nominalna powinna być podawana dla nominalnego prądu! Ogniwo standardowe Ogniwo wysokiej mocy Źródło : batteryuniversity.com

9 Parametry ogniwa: opór wewnętrzny Napięcie na zaciskach ogniwa otwartego jest wyższe niż napięcie ogniwa pod obciążeniem. Różnica jest powodowana spadkiem napięcia na oporze wewnętrznym ogniwa. Największa moc wydziela się w zewnętrznym obwodzie, kiedy opór obciążenia jest zbliżony do oporu źródła. Złożone modele ogniw uwzględniają różnice charakterystyki w trakcie ładowania i rozładowania. Energies 2017, 10, 375; doi: /en

10 Temperatura pracy Niektóre typy ogniw pracują w wąskim zakresie temperatur np. Li-ion z katodą NMC wymagają temperatury około 40ºC. Projektując magazyny energii należy uwzględniać systemy chłodzącogrzejące i możliwe straty energii. Ogniwo NiCd Przewody termostatu, Tesla

11 Temperatura pracy Ogniwo NiCd Wysoka temperatura: + wyższa przewodność, szybkie tempo reakcji - szybsza degradacja, samorozładowanie Niektóre typy ogniw wymagają wysokiej temperatury do efektywnego przebiegu reakcji elektrodowych np. ogniwa paliwowe

12 Temperatura przechowywania Samorozładowanie przebiega szybciej w wyższej temperaturze. Samorozładowanie nie przebiega liniowo, i zależy od stanu naładowania!

13 Parametry ogniw: żywotność, liczba cykli Ilość cykli możliwych do zrealizowania zależy od warunków pracy ogniwa. Ogniwo NiCd Li-ion Duże prądy ładowania i rozładowania, zbyt niska/wysoka temperatura, nieoptymalny cykl pracy obniżają żywotność ogniw.

14 Ogniwa: degradacja Stopniowe pogarszanie parametrów w niektórych typach odwracalne - Można uwzględnić w projekcie magazynu energii Gwałtowne pogorszenie parametrów - nieodwracalne, zagraża bezpieczeństwu

15 Thermal runaway Reakcje egzotermiczne mogą prowadzić do zniszczenia ogniwa. Zagrożenie zależy od stanu naładowania i historii ogniwa!