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🌡️ 📆 令和6年4月20日

リチウムイオン二次電池

機能界面設計工学特論 Web Class 📆 3-3308

山形大学  大学院  物質化学専攻  🔋 C1 📛 立花和宏
🔋 C1 3308

リチウム電池の構造 インピーダンス
  1. インピーダンスと電池の基礎
    1. 電池の起電力と内部抵抗
    2. 電池の構造とインピーダンス
    3. 材料物性値とインピーダンス
    4. ボーデプロットとコールコールプロット

電池の起電力と内部抵抗

10円玉と1円玉を手に持って電圧計で測れば、0.5Vぐらいの電圧が出てくる。これが 電池の起電力だ。

手に持った10円玉と1円玉で直列つなぎをしてみよう。 電圧は直列つなぎの代数和になる。 4~5人が直列になれば2Vぐらいの電圧になるだろう。

でも、手に持った10円玉と1円玉で直列つなぎでは、豆電球をつけることはできない。 豆電球をつないだ途端に電圧が下がってしまうからだ。 これは電池の物質がたくわえている化学エネルギーが電気エネルギーにかわるときにその大半が熱エネルギーとなってエネルギー損失してしまうためだ。

豆電球をつないだときにの電圧と電池の起電力の差を、電圧降下といい、流れた電流に対する電圧降下の割合を電池の 内部抵抗と言う。

この電圧降下によるエネルギー損失は、長距離送電で問題になった。 エジソンとテスラが直流か交流かで論争したのは有名だ。 テスラが変圧しやすい交流で高圧送電した。 ところが交流で送電すると、エネルギー損失していないのにモーターが思い通りに動かないことがあった。

この交流を使ったときの送電をじゃまするもの、という意味でインピーダンスという概念が生まれた。

しかしながら、電池は直流しか発生しないので、電池のインピーダンスが直接電池の性能にかかわるということはない。

電池のインピーダンスを測定することは、あくまで電池動作理解の補助的手段であり、まずは電池そのものの理解が欠かせない。


電池の内部抵抗と過電圧

  1 電池の内部抵抗と過電圧
©Copyright Kazuhiro Tachibana all rights reserved.
Vo Q = Ve.m.f. Q - η t Q Q t

この電流と電圧の関係を90度くるっと回したら電圧と電流の関係になります。逆関数ですね。 オームの法則は電流と電圧が比例するけど、実際に比例することはまずありません。 ただ比例と仮定しないと計算に手がつけられないので、局所的でも比例に近似できる、とするわけです。 平均値の定理ですね。

Fig オームの法則と分解電圧
©Copyright Fumimasa Homma all rights reserved.

電池材料

  1   電池材料 1 )
分類 材料 特徴
電極材料 正極材料 活物質 極性固体、 酸化物、 イオン結合絶縁体
負極材料 (活物質) 極性固体(金属やグラファイト)/非極性固体(酸化物)
導電材 非極性固体 炭素材料
分散剤 界面活性剤
バインダー 界面活性剤
CMC・増粘剤 極性材料
集電体 (金属) 非極性固体
電解質 電解液、添加剤*
セパレータ
その他 外包材・リードタブ

界面は、 極性どうし、あるいは非極性どうし、だとなじみがいい。 異なる界面では、なじみが悪いので、界面活性剤などを検討する。


プロジェクト
リチウム電池(LIB)の寸法例
RC並列回路 正極活物質 高速マンガン酸リチウム
導電率の測定原理
リチウム電池のナイキストプロット

参考文献



QRコード
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