HOME 教育状況公表 令和2年9月22日

リチウムイオン二次電池

機能界面設計工学特論 WebClass

山形大学  大学院  物質化学専攻  立花和宏

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。

Fig 電池の内部抵抗と過電圧
©Copyright Kazuhiro Tachibana all rights reserved.

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.
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

QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/54299/c1/Extra_Syllabus/functional_interface/funci_14.asp

SSLの仕組み

このマークはこのページで 著作権が明示されない部分について付けられたものです。

山形大学 データベースアメニティ研究所
〒992-8510 山形県米沢市城南4丁目3-16
3号館(物質化学工学科棟) 3-3301
仁科・立花・伊藤研究室 准教授 伊藤智博
0238-26-3573
http://amenity.yz.yamagata-u.ac.jp/

Copyright ©1996- 2020 Databese Amenity Laboratory of Virtual Research Institute,  Yamagata University All Rights Reserved.