Tính toán nhiệt lượng tỏa ra của pin lithium là một phần quan trọng của quản lý nhiệt pin, liên quan đến nhiều nguồn nhiệt. Sau đây là các phương pháp tính toán chi tiết và các bước:

1. Nguồn nhiệt chính
Sự sinh nhiệt của pin lithium chủ yếu đến từ các bộ phận sau:
Nhiệt lượng Joule (Qj): Nhiệt lượng sinh ra khi dòng điện chạy qua điện trở bên trong của pin.
2. Nhiệt phản ứng (Qr): Nhiệt sinh ra bởi phản ứng điện hóa.
3. Nhiệt phân cực (Qp): Nhiệt gây ra bởi sự phân cực điện cực.
Nhiệt phản ứng phụ (Qs): Nhiệt sinh ra bởi các phản ứng phụ (như phân hủy chất điện phân).

2. Nhiệt lượng Joule (Qj
Nhiệt Joule là nguồn nhiệt chính tạo ra trong pin lithium. Công thức tính toán là:
Qj=I²⋅R⋅t
Qj: Nhiệt lượng Joule (J
I: Dòng điện (A)
R: Điện trở bên trong của pin (Ω)
t: Thời gian (giây)

3. Nhiệt phản ứng (Qr)
Nhiệt phản ứng là nhiệt sinh ra bởi phản ứng điện hóa và công thức tính toán của nó là:
Qr =n⋅ΔH
Qr: Nhiệt phản ứng (J)
n: Số mol (mol) của chất phản ứng
ΔH: Biến thiên nhiệt của phản ứng (J/mol)

4. Nhiệt phân cực (Qp)
Nhiệt phân cực được gây ra bởi sự phân cực của điện cực và công thức tính toán là:
Qp =I⋅η⋅t
Qp: Nhiệt phân cực (J)
I: Dòng điện (A)
η : Quá thế (V)
t: Thời gian (giây)

5. Nhiệt của phản ứng phụ (Qs)
Nhiệt của phản ứng thứ cấp thường nhỏ, nhưng không thể bỏ qua trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc quá tải/xả quá mức. Việc tính toán nhiệt của nó cần được thực hiện dựa trên các thông số nhiệt động lực học của các phản ứng phụ cụ thể.

6. Tổng giá trị nhiệt lượng
Giá trị nhiệt lượng tổng cộng là tổng nhiệt lượng của các bộ phận nêu trên:
Tổng Q=Qj+Qr+Qp+Qs

7. Tính toán mẫu
Giả thuyết:
Dòng điện I=10A
Điện trở trong của pin R=0,01Ω
Thời gian xả t=3600 giây
Số mol của chất phản ứng n=0,05mol
Biến thiên nhiệt của phản ứng ΔH= -100 kJ/mol
Quá thế η=0,1V
(1) Tính nhiệt lượng Joule
Qj =I²⋅R⋅t=(10)²⋅0,01⋅3600=3600J
(2) Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng
Qr =n⋅ΔH=0,05⋅(-100 ×1000)= -5000 J
(Giá trị âm biểu thị sự hấp thụ nhiệt)
(3) Tính toán nhiệt phân cực
Qp =I⋅η⋅t=10⋅0.1⋅3600=3600J
(4) Tổng giá trị nhiệt lượng
Giả sử nhiệt của phản ứng phụ Qs = 0 (bỏ qua):
Tổng Q=Qj+Qr+Qp=3600+(−5000)+3600=2200J

8. Chuyển đổi đơn vị
1 J = 0,239 calo
1 calo = 4,184 J
Ví dụ, chuyển đổi tổng giá trị nhiệt lượng thành calo:
Tổng Q = 2200 × 0,239 = 525,8 cal

9. Các biện pháp phòng ngừa
Biến thiên điện trở bên trong: Điện trở bên trong của pin thay đổi tùy theo các yếu tố như nhiệt độ và độ lão hóa, cần được điều chỉnh theo tình hình thực tế.
2. Điều kiện tản nhiệt: Lượng nhiệt sinh ra thực tế bị ảnh hưởng bởi điều kiện tản nhiệt và cần được phân tích kết hợp với hệ thống quản lý nhiệt.
3. Nhiệt phản ứng thứ cấp: Trong điều kiện làm việc khắc nghiệt hoặc nhiệt độ cao, nhiệt phản ứng thứ cấp có thể tăng đáng kể.

Bản tóm tắt
Tính toán sinh nhiệt của pin lithium liên quan đến nhiệt Joule, nhiệt phản ứng, nhiệt phân cực và nhiệt phản ứng thứ cấp. Thông qua các công thức và bước trên, có thể ước tính nhiệt sinh ra bởi pin trong quá trình sạc và xả, cung cấp cơ sở cho thiết kế quản lý nhiệt.