Batería de celda de moneda de litio que muestra aleatoriedad en el voltaje

Buena pregunta. Esta es una forma en que las celdas de litio primarias (no recargables) pueden diferir drásticamente de las celdas de iones de litio secundarias (recargables), por lo que a menudo es una fuente de perplejidad. Es decir, las curvas de capacidad y descarga de iones de litio (excepto LiFePO4) generalmente disminuyen gradualmente desde el voltaje de capacidad inicial del 100% hasta el voltaje de terminación. Sin embargo, la curva para las pilas de botón de litio suele ser mucho menos pronunciada, es decir, una pendiente más baja o más plana, por lo que el voltaje de reposo del circuito abierto casi vacío permanece mucho más cerca del voltaje de capacidad inicial del 100% que en el caso de iones de litio.

Por ejemplo, consideremos una descarga típica + curva de voltaje en reposo para una celda tipo moneda de 3V LiMnO2 CR2032 (desde aquí ). El gráfico muestra ciclos de descarga repetidos, donde cada ciclo consta de: primero, una carga constante de 1 mA durante 11 horas, luego un descanso de 8,5 horas, luego un pulso de 22 mA durante 10 segundos y luego un descanso de 30 minutos. Tenga en cuenta que incluso cuando la celda tipo moneda está muy cerca de vaciarse (alrededor de 360 ​​h), el voltaje de reposo de circuito abierto (2,7-2,8 V) que muestran los picos de diente de sierra sigue estando muy cerca de los 3,0 V iniciales al 100 % de su capacidad.

Compare eso con una curva de descarga de iones de litio típica análoga a continuación. Observe cómo los picos caen mucho más bruscamente hacia el voltaje terminal que arriba. De hecho, la curva formada por los picos de voltaje en reposo arriba es casi plana durante la mayor parte de la descarga, mientras que la misma curva abajo tiene una pendiente descendente mucho mayor.

El voltaje rebota después de que se retira la carga porque la celda tiene cierta resistencia interna no trivial.$R$. Esto provocará una caída de tensión de$I\cdot R$en la actualidad$I$, que desaparecerá cuando la corriente vuelva a caer a 0. Tal rebote de voltaje no ocurre instantáneamente debido a las constantes de tiempo y la caída exponencial de varios procesos electroquímicos internos (p. ej., difusión) que son componentes de la resistencia interna. Esto es más fácil de ver en el primer gráfico donde la forma de diente de sierra del voltaje de rebote es más evidente. Simétricamente, también habrá$I\cdot R$los picos descendentes de voltaje cuando aumenta la corriente, lo cual es evidente en los dientes de sierra hacia abajo en el primer gráfico cuando se inicia la carga de 1 mA, y también en los picos descendentes mucho más grandes a 22 mA (pero no duran lo suficiente como para observar fácilmente la forma de diente de sierra ).

Entonces, en resumen, debido a que las celdas de moneda de litio primarias tienen una curva de descarga más plana que las celdas de iones de litio, es más difícil usar su voltaje de reposo de circuito abierto para estimar la capacidad restante. Probarlos bajo carga arrojará mejores estimaciones, especialmente. si la carga no es trivial (por ejemplo, observe cómo la curva formada por los puntos más bajos de los picos descendentes de alta corriente en el primer gráfico se estrecha mucho más).

La química de la batería siempre intentará mantener el voltaje en un punto determinado, digamos 3,3 V.

Cuando hay una carga que reduce el voltaje, la batería necesita gastar energía química para combatir eso, para mantener el voltaje alto.

Cuando no hay carga en la batería, es fácil, e incluso una batería casi vacía podrá acumular algo de voltaje con el tiempo.

Es por eso que debe poner una carga modesta en cualquier batería para obtener una lectura de voltaje confiable para estimar su capacidad restante.