1. Hvad er spændingshysterese?
Spændingshysterese refererer til det fænomen, hvor elektrodepotentialets udviklingskurver med kapaciteten ikke stemmer overens under opladnings- og afladningsprocessen, hvilket danner en spændingshystereseløkke. Spændingshysterese fører til energitab og reduceret opladnings-/afladningseffektivitet under opladning og afladning af lithium-ion-batterier.
Ligevægtspunktet for ladekurven er lavere end terminalspændingen, mens ligevægtspunktet for afladningskurven er højere end terminalspændingen. Hovedårsagen til dette fænomen er opladnings-, afladnings- og masseoverførselsprocesserne i dobbeltlaget.
Udførelse af en komplet opladnings- og afladningscyklus (fuld opladning og afladning) på batteriet giver den primære hystereseløkke; udførelse af en ufuldstændig opladnings- og afladningscyklus (delvis opladning og afladning) giver den sekundære hystereseløkke. De to kurver, der udgør den primære hystereseløkke, er randkurverne for alle hystereseløkker og danner den største lukkede løkke. Opladnings- og afladningskurverne for den sekundære hystereseløkke ligger inden for randkurverne og har tendens til at konvergere mod dem.
2. Årsager til spændingshysterese i lithium-ion-batterier
Hovedårsagerne til spændingshysterese i lithium-ion-batterier er entropieffekten, mekanisk stress og mikroskopisk forvrængning i det aktive elektrodemateriale under lithiumindsættelse og -udtrækning. Lithifikation og delithiering har forskellige gitterkonstanter, hvilket genererer mekanisk stress i fasebarrieren og dermed forårsager et potentielt fald i en enkelt partikel fra opladning til afladning.
Termodynamiske effekter er også en faktor, der ikke kan ignoreres.
3. Hvilke aspekter påvirkes af hystereseeffekten?
Ifølge relaksationseffektprincippet skal spændingen efter opladning og afladning konvergere mod den sande OCV-værdi på det pågældende SOC-punkt. På grund af hystereseeffekten falder spændingen efter afladning dog altid til en værdi lavere end den sande OCV, mens spændingen efter opladning falder til en værdi højere end den sande OCV. Dette introducerer en betydelig fejl i målingen og beregningen af polarisationsspændingen, hvilket påvirker forudsigelsen af batterispænding og -effekt.
