Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА ПО ГЛУБИНЕ ПОРИСТОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ДЕНДРИТООБРАЗОВАНИЯ

Галушкина И.А., Галушкин Д.Н., Галушкина Н.Н.
Необратимое явление в щелочных аккумуляторах, такое как накопление дендритов в электродах и их сепарации, приводящее к ухудшению эксплуатационных характеристик химического источника тока и выходу его из строя, в данное время изучено не в полной мере, несмотря на то что, щелочные аккумуляторы довольно широко используются в блоках питания переносных устройств специального назначения. Для этого проведем компьютерное моделирование. Рассчитаем распределение тока и количество прошедшего электричества по глубине пористого электрода при заряде его постоянным током.

Для расчета распределения воспользуемся макрооднородной моделью пористого электрода. Решение произведем в активационно-омическом режиме. Сопротивлением твердой фазы и емкостью двойного слоя пренебрегаем. Начало отсчета поместим в центр электрода, ось ОХ направим перпендикулярно к поверхности электрода. В этом случае из макрооднородной модели пористого электрода [1] получим уравнение для расчета распределения поляризации по глубине пористого электрода [2,3]:

f.                              (1)

В случае заряда аккумулятора при постоянном токе граничные условия будут

f          (2)

где J - входная плотность тока; u - поляризация в любой точке внутри электрода;ρ - эффективное удельное сопротивление; f - половина толщины электрода при двухстороннем подводе внешнего тока; s - удельная поверхность единицы объема электрода; f(u) -поляризационная функция.

Найдем решение уравнения (1) для случая заряда аккумуляторов при постоянном токе (2). В первом приближении будем считать, что поляризационная функция линейная т.е.

f                          (3)

Тогда для распределения тока по глубине пористых электродов получим соотношение

f.                             (4)

В расмотренном случае распределение тока по глубине пористых электродов имеет вид гиперболического косинуса. То есть в любом случае наиболее быстро заряжаются поверхностные слои пористых электродов. Таким образом, при заряде аккумуляторов поверхностные слои электродов раньше заряжаются, и на них резко возрастает поляризация и начинает выделяться газ (вследствие разложения воды) в то время, как внутренние слои электродов будут еще незаряженными. Поэтому аккумуляторы, как правило, перезаряжают в 1,5-2 раза по сравнению с их номинальной емкостью, что позволяет полностью зарядить и внутренние слои электродов. Однако, при этом выделяется много водорода вследствие разложения воды, который и накапливается в электродах. Если бы удалось заряжать электроды аккумуляторов равномерно по всей глубине, то перезаряд аккумуляторов стал бы полностью не нужен, и, следовательно, не было бы газовыделения при заряде. А это в свою очередь исключило бы накопление водорода в электродах. Применение переменного асимметричного тока при заряде позволяет добиться равномерного распределения количества прошедшего электричества по глубине пористых электродов и тем самым позволяет резко сократить газовыделение.

Аналогично, распределение тока в виде (4) приводит к тому, что при циклировании аккумуляторов кадмий из гидроксидов кадмия в основном осаждается на поверхности кадмиевых электродов. Это способствует росту дендритов именно на поверхности электродов и прорастанию их через сепаратор. Равномерное распределение количества прошедшего электричества привело бы к тому, что кадмий осаждался бы равномерно по всей глубине электродов. Это исключило бы практически рост дендритов через сепаратор.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Чизмаджев Ю. А., Маркин В. С., Тарасевич М. Р., Чирков Ю. Г. Макрокинетика процессов в пористых средах.-М.: Наука, 1971.
  2. Галушкин Д. Н., Румянцев К. Е., Галушкин Н. Е. Исследование нестационарных процессов в щелочных аккумуляторах: Монография.-Ш.:ЮРГУЭС. -2001.-112с.

Библиографическая ссылка

Галушкина И.А., Галушкин Д.Н., Галушкина Н.Н. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА ПО ГЛУБИНЕ ПОРИСТОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ДЕНДРИТООБРАЗОВАНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 4. – С. 62-63;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=5985 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674