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负荷电压的本质及其影响因素

时间:2017-10-20

1 负荷电压的本质
  当电流流过电池内部时,必须克服电极极化(电化学极化和浓差极化)和欧姆内阻所造成的阻力,因此,工作电压总是低于开路电压,其表达式为:
  VI=V开-IR内=V开-I(RΩ+Rf)=IR  (1)
  其中:VI为电池的工作电压;I为流经电池或外电路的电流;RΩ为电池的欧姆内阻;Rf为电池的法拉第阻抗;R为负载电阻
  应当指出:很多书中工作电压的数学表达式中,用电动势替代式(1)中的开路电压(V开),从前文对开路电压的讨论中可以看出,开路电压有别于电动势,大多情况下,电池两极电位构成的是开路电压而不是电动势,所以本文中用V开表示而不是用电动势表示。
  当刚连通外电路瞬间(t→0),电极界面状态还来不及发生很大变化,并不能产生足以影响电位的电化学极化和浓差极化,这时的工作电压就是负荷电压,可表示为
V负=V开-IRΩ(t→0)时  (2)
它依赖于电池的开路电压减去欧姆内阻与电流的乘积,电流由电极活性物质产生,其大小反映出电池内电极材料反应的动力学特性。但实际上,无论在线检测还是放电检测,特别是人工抽检负荷电压时,其测量都需要一定的时间,而不是数学表示的t→0的情况,这时电极反应已进行一定的时间,必然发生电化学极化现象,一般无浓差极化的存在(因为尽管已发生反应,但时间仍很短,电极界面反应物的消耗和生成物的形成都很少,故来不及建立浓差极化),负荷电压可表示为
V负=V开-ηe+-ηe--IRΩ   (t>0时)
=φ+-φ--IRΩ   (3)
  其中:ηe+为正极电化学极化过电位;ηe-为负极电化学极化过电位;φ+为正极电位;φ-负极电位。
  极化过电位或极化电位由电极反应的本质特别是构成电极反应的动力学性质来决定。
  综上所述,负荷电压的本质是反映出构成电池两极的动力学特性及欧姆内阻特性。
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