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Resistenza interna della batteria
Se prendiamo una batteria agli ioni di litio nuova di zecca, diciamo che la dimensione 18650, con una capacità nominale di 2500 mAh, porta la sua tensione a esattamente 3,7 volt e quindi la collega a un carico attivo sotto forma di una resistenza da 10 watt con un valore di R = 1 Ohm, quindi qual è la costante corrente ci aspettiamo di misurare attraverso questo resistore?
Cosa succederà lì al primo momento, fino a quando la batteria quasi non si scaricherà? In conformità con la legge di Ohm, sembrerebbe che ci dovrebbero essere 3,7 A, poiché i = U / R = 3,7 / 1 = 3,7 [A]. In effetti, la corrente sarà leggermente inferiore, vale a dire, nella regione di I = 3,6 A. Perché questo accadrà?
Il motivo è che non solo il resistore, ma anche la batteria stessa ha un certo resistenza interna, perché i processi chimici al suo interno non possono avvenire all'istante. Se immagini una batteria sotto forma di un vero terminale a due terminali, quindi 3,7 V: questo sarà il suo EMF, oltre al quale ci sarà anche una resistenza interna pari a, per il nostro esempio, circa 0,028 Ohm.
Infatti, se si misura la tensione su un resistore collegato alla batteria con un valore di R = 1 Ohm, risulta essere di circa 3,6 V e quindi 0,1 V cadrà sulla resistenza interna r della batteria. Quindi, se la resistenza ha una resistenza di 1 ohm, la tensione misurata su di essa era 3,6 V, quindi la corrente attraverso la resistenza è I = 3,6 A. Quindi, se u = 0,1 V è caduto sulla batteria e il circuito che abbiamo è chiuso, in serie, significa che la corrente attraverso la batteria è I = 3,6 A, quindi, secondo la legge di Ohm, la sua resistenza interna sarà uguale a r = u / I = 0,1 / 3,6 = 0,0277 ohm.
Cosa determina la resistenza interna della batteria
In realtà, la resistenza interna di diversi tipi di batterie non è sempre costante. È dinamico e dipende da diversi parametri: dalla corrente di carico, dalla capacità della batteria, dal grado di carica della batteria, nonché dalla temperatura dell'elettrolita all'interno della batteria.
Maggiore è la corrente di carico, minore è, di regola, la resistenza interna della batteria, poiché i processi di trasferimento della carica all'interno dell'elettrolita sono più intensi in questo caso, più ioni sono coinvolti nel processo, gli ioni si muovono più attivamente nell'elettrolita dall'elettrodo all'elettrodo. Se il carico è relativamente piccolo, anche l'intensità dei processi chimici sugli elettrodi e nell'elettrolita della batteria sarà inferiore, e quindi la resistenza interna sembrerà grande.
Per batterie con una capacità maggiore, l'area degli elettrodi è più grande, il che significa che l'area di interazione degli elettrodi con l'elettrolito è più grande. Pertanto, più ioni sono coinvolti nel processo di trasferimento della carica, più ioni creano una corrente. Un principio simile è dimostrato. con collegamento parallelo di condensatori - maggiore è la capacità, più carica può essere utilizzata in prossimità di una determinata tensione. Quindi, maggiore è la capacità della batteria, minore è la sua resistenza interna.
Ora parliamo di temperatura. Ogni batteria ha il proprio intervallo di temperatura di funzionamento sicuro, entro il quale è vero quanto segue. Maggiore è la temperatura della batteria, più veloce si verifica la diffusione degli ioni all'interno dell'elettrolita, quindi, a una temperatura operativa più elevata, la resistenza interna della batteria sarà inferiore.
Le prime batterie al litio, che non avevano protezione contro il surriscaldamento, sono persino esplose per questo, poiché l'ossigeno formato troppo attivamente si è formato a causa del rapido decadimento dell'anodo (a seguito di una rapida reazione su di esso). In un modo o nell'altro, le batterie sono caratterizzate da una dipendenza quasi lineare della resistenza interna dalla temperatura nell'intervallo di temperature operative accettabili.
Con la scarica della batteria, la sua capacità attiva diminuisce, poiché la quantità di sostanza attiva delle piastre, ancora in grado di partecipare alla creazione di corrente, diventa sempre meno. Pertanto, la corrente sta diventando sempre meno, rispettivamente, la resistenza interna sta crescendo. Maggiore è la carica della batteria, minore è la sua resistenza interna. Quindi, quando la batteria si scarica, la sua resistenza interna aumenta.
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