Il calcolo della generazione di calore di batterie al litio È una parte importante della gestione termica della batteria, che coinvolge diverse fonti di calore. Di seguito sono riportati i metodi e i passaggi di calcolo dettagliati:

1. Principale fonte di calore
La generazione di calore delle batterie al litio proviene principalmente dalle seguenti parti:
Calore Joule (Qj): calore generato quando la corrente passa attraverso la resistenza interna di una batteria.
2. Calore di reazione (Qr): calore generato da una reazione elettrochimica.
3. Calore di polarizzazione (Qp): calore causato dalla polarizzazione dell'elettrodo.
Calore della reazione collaterale (Qs): calore generato dalle reazioni collaterali (come la decomposizione degli elettroliti).

2. Calore Joule (Qj
Il calore Joule è la principale fonte di generazione di calore nelle batterie al litio. La formula di calcolo è:
Qj=I²⋅R⋅t
Qj: Calore Joule (J
I: Corrente (A)
R: Resistenza interna della batteria (Ω)
t: Tempo (s)

3. Calore di reazione (Qr)
Il calore di reazione è il calore generato da una reazione elettrochimica e la sua formula di calcolo è:
Qr =n⋅ΔH
Qr: Calore di reazione (J)
n: Numero molare (mol) della sostanza reattiva
ΔH: variazione di entalpia della reazione (J/mol)

4. Calore di polarizzazione (Qp)
Il calore di polarizzazione è causato dalla polarizzazione dell'elettrodo e la formula di calcolo è:
Qp =I⋅η⋅t
Qp: Calore di polarizzazione (J)
I: Corrente (A)
η : Sovratensione (V)
t: Tempo (s)

5. Calore della reazione laterale (Qs)
Il calore della reazione secondaria è solitamente basso, ma non può essere ignorato in condizioni di alta temperatura o di sovraccarica/sovrascarica. Il suo calcolo deve essere effettuato in base ai parametri termodinamici delle specifiche reazioni collaterali.

6. Potere calorifico totale
Il potere calorifico totale è la somma del calore delle parti sopra menzionate:
Qtotale=Qj+Qr+Qp+Qs

7. Calcolo del campione
Ipotesi:
La corrente I=10A
La resistenza interna della batteria R=0,01Ω
Il tempo di scarica t=3600 secondi
Il numero molare della sostanza reattiva n=0,05mol
La variazione di entalpia della reazione ΔH= -100 kJ/mol
Sovratensione η=0,1V
(1) Calcolare il calore Joule
Qj =I²⋅R⋅t=(10)²⋅0,01⋅3600=3600J
(2) Calcolare il calore di reazione
Qr =n⋅ΔH=0,05⋅(-100 ×1000)= -5000 J
(Un valore negativo indica assorbimento di calore)
(3) Calcolare il calore di polarizzazione
Qp =I⋅η⋅t=10⋅0,1⋅3600=3600J
(4) Potere calorifico totale
Supponiamo che il calore della reazione collaterale Qs = 0 (ignorato):
Qtotale=Qj+Qr+Qp=3600+(−5000)+3600=2200J

8. Conversione delle unità
1 J = 0,239 cal
1 cal = 4,184 J
Ad esempio, convertiamo il valore calorico totale in calorie:
Qtotale = 2200 × 0,239 = 525,8 cal

9. Precauzioni
Variazione della resistenza interna: la resistenza interna della batteria varia in base a fattori quali la temperatura e l'invecchiamento e deve essere regolata in base alla situazione effettiva.
2. Condizioni di dissipazione del calore: l'effettiva generazione di calore è influenzata dalle condizioni di dissipazione del calore e deve essere analizzata in combinazione con il sistema di gestione termica.
3. Calore di reazione secondario: in condizioni di lavoro estreme o ad alta temperatura, il calore di reazione secondario può aumentare in modo significativo.

Riepilogo
Il calcolo della generazione di calore delle batterie al litio include il calore Joule, il calore di reazione, il calore di polarizzazione e il calore di reazione secondaria. Attraverso le formule e i passaggi sopra descritti, è possibile stimare il calore generato dalla batteria durante il processo di carica e scarica, fornendo una base per la progettazione della gestione termica.