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]:
. (1)
В случае заряда аккумулятора при постоянном токе граничные условия будут
(2)
где J - входная плотность тока; u - поляризация в любой точке внутри электрода;ρ - эффективное удельное сопротивление; - 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.
(3)
Тогда для распределения тока по глубине пористых электродов получим соотношение
. (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
- Чизмаджев Ю. А., Маркин В. С., Тарасевич М. Р., Чирков Ю. Г. Макрокинетика процессов в пористых средах.-М.: Наука, 1971.
- 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: 17.08.2024).