تعريف الكيمياء الكهربائية
تدرس مصادر الطاقة الكهروكيميائية أو البطاريات في إطار موضوع متعدد التخصصات للكيمياء الكهربية يتعامل مع التفاعلات التي تحدث في واجهة الموصلات الإلكترونية (المواد الفعالة) والموصلات الأيونية (المنحل بالكهرباء) ، وإنتاج الطاقة الكهربائية من الخلايا الكيميائية (أو تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية) ورد الفعل العكسي حيث يتم استخدام الخلايا الإلكتروليتية للتحولات الكيميائية.
مصادر الطاقة الكهروكيميائية (البطاريات)
تعتمد عمليات تحويل الطاقة في البطاريات على تفاعلات الأكسدة والاختزال (تفاعلات الأكسدة والاختزال). تصنف الخلايا إلى خلايا إلكتروليتية وخلايا كلفانية. أمثلة على الخلايا الإلكتروليتية هي الخلايا المستخدمة لاستخراج المعادن مثل الألومنيوم والمغنيسيوم وما إلى ذلك والبطاريات عند الشحن. الخلايا أو البطاريات الجلفانية قادرة على توصيل التيار إلينا على عكس الخلايا الإلكتروليتية ، حيث يتعين علينا تمرير التيار حتى يحدث التفاعل.
تعني الأكسدة ببساطة إزالة الإلكترونات / الإلكترونات (من الأنودات أثناء تفاعل التفريغ) والاختزال هو عملية إضافة هذه الإلكترونات إلى القطب الآخر (كاثود) من خلال دائرة خارجية ، والإلكتروليت الموصّل أيونيًا هو وسيط نقل الأيونات بالداخل الخلية. أثناء تفريغ الخلية ، تمر الإلكترونات من القطب الموجب (اللوحة السالبة) إلى الكاثود (اللوحة الموجبة) عبر دائرة خارجية وتتدفق الأيونات داخل الخلية لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
الأمثلة النموذجية للأنود هي:
Li → Li + + e –
Pb → Pb 2+ + 2e –
Zn → Zn 2+ + 2e –
أمثلة على الكاثودات هي:
PbO 2 ⇄ Pb 2+ + 2e – (بطارية الرصاص الحمضية)
LiFePO 4 (بطارية كبريتات ليثيوم الحديد)
NiOOH + 2e – ⇄ Ni (OH) 2 (بطارية Ni-cadmium)
Cl 2 + 2e ⇄ 2Cl – (بطارية زنك كلور)
Br 2 + 2e ⇄ 2Br – (بطارية الزنك والبروم)
الخلايا الأولية والثانوية - الكيمياء الكهربائية
الخلية هي وحدة مستقلة في النظام الجلفاني. عندما يتم توصيل أكثر من خلية واحدة بطريقة متسلسلة أو متوازية ، فإن هذا الترتيب يسمى بطارية. المكونات الأساسية للخلية هي قطب أو لوحة موجبة (كاثود) ، قطب أو لوحة سالبة (أنود) ، إلكتروليت ومكونات أخرى غير نشطة مثل الحاوية ، والفاصل ، والأجزاء الصغيرة مثل قضبان الحافلات ، وأعمدة الأعمدة ، والأعمدة الطرفية ، إلخ.
تصنف الخلايا الجلفانية إلى خلايا أولية وثانوية (أو قابلة لإعادة الشحن أو التخزين). في الخلايا الأولية ، لا يمكن عكس التفاعلات بمجرد انتهاء التفريغ بسبب استنفاد المواد النشطة ، بينما في الخلايا الثانوية يمكن إعادة المواد النشطة إلى الحالة السابقة عن طريق تمرير التيار إلى الخلية في الخلية. الاتجاه المعاكس.
الأمثلة المألوفة للخلايا الأولية هي الخلايا المستخدمة في ساعات اليد ، والمشاعل الكهربائية والعديد من أدوات التحكم مثل أجهزة التحكم عن بُعد في التلفزيون وأجهزة التحكم عن بُعد في التيار المتردد. تعد بطارية الرصاص الحمضية في كل مكان والمستخدمة لبدء تشغيل السيارات والمحولات المنزلية / UPS وخلايا Ni-Cd و Ni-MH و Li-ion أمثلة على البطاريات الثانوية. تختلف خلايا الوقود عن البطاريات (الأولية) بمعنى أن المكونات التفاعلية يتم تغذيتها من الخارج ، مقابل توفرها داخل البطاريات.
إمكانات الأقطاب الكهربائية (الخلايا النصفية) والجهد الكهربي لخلية وكيان مستقل عن الكتلة للخلايا الجلفانية:
الجهد (الجهد) للقطب الكهربي هو خاصية كهروكيميائية أساسية ولا تعتمد قيمتها على كمية مادة القطب. ديناميكيًا حراريًا هي خاصية مكثفة مقابل القدرة (وهي خاصية واسعة النطاق) للقطب الكهربي الذي يعتمد على كتلة المادة الفعالة التي يحتويها.
الجهد الكهربائي للخلية هو مزيج من قيمتي جهد أو جهد قطب كهربائي للأنود (القطب السالب أو اللوحة) والكاثود (القطب الموجب أو اللوحة). دائمًا ما تكون القيم المحتملة للأقطاب السالبة سلبية (أقل من صفر فولت في سلسلة EMF ، راجع الكتب المدرسية أو الكتيبات القياسية). يشير صفر فولت إلى جهد القطب القياسي لقطب الهيدروجين (SHE).
مواد القطب السالب هي دائمًا معادن أو سبائك ، مع استثناءات قليلة مثل الكربون والهيدروجين ، وهي المادة الفعالة السلبية في خلايا Ni-MH و Ni-H2. تحتوي الكاثودات على إمكانات إيجابية وهي في الغالب أكاسيد وهاليدات وكبريتيدات وما إلى ذلك ، باستثناء الأكسجين الذي يعمل كمواد نشطة مهبطية في الخلايا المعدنية الهوائية. يجب أن يكون هناك إلكتروليت لتوصيل الأيونات داخل الخلية.
الجهد هو القوة الدافعة للتيار. إنه مزيج (فرق جبري) من قيمتين للجهد الموجب والسالب. يمكن تشبيه الجهد بارتفاع خزان المياه أو مستوى الماء في الخزان والتيار بقطر الأنبوب الخارج من الخزان. كلما ارتفع مستوى الماء في الخزان ، زادت سرعة خروج الماء. وبالمثل ، كلما زاد قطر الأنبوب ، زاد حجم الماء الخارج.
كيف تحدد جهد الخلية؟
يمكن تحديد جهد الخلية من قيمتي جهد القطب أو يمكن حسابه باستخدام معادلة جيبس وطاقات تكوين جيبس الحرة (Δ f G ˚). طاقة جيبس القياسية الخالية من التكوين للمركب هو تغيير طاقة جيبس الحرة التي تصاحب تكوين 1 مول من مادة في حالتها القياسية من العناصر المكونة لها في حالتها القياسية (الشكل الأكثر استقرارًا للعنصر عند 1 بار من الضغط ودرجة الحرارة المحددة ، عادةً 298.15 كلفن أو 25 درجة مئوية).
طاقة جيبس الحرة (G)
في الديناميكا الحرارية ، تعتبر طاقة جيبس الحرة مقياسًا للعمل الذي يمكن استخلاصه من نظام وفي حالة البطاريات ، يتم العمل عن طريق تحرير الأيونات في أحد القطبين (الأنود) متبوعًا بالحركة إلى القطب الآخر (الكاثود). إن التغيير في الطاقة يساوي بشكل أساسي العمل المنجز ، وفي حالة الخلية الجلفانية ، يتم العمل الكهربائي من خلال حركة الأيونات بسبب التفاعل الكيميائي بين المواد المتفاعلة مما يؤدي إلى ظهور المنتجات. ومن ثم ، تُعطى الطاقة من حيث Δ G ، التغيير في الطاقة الحرة لـ Gibb ، والتي تمثل الحد الأقصى لمقدار الطاقة الكيميائية التي يمكن الحصول عليها أثناء عمليات تحويل الطاقة.
عندما يحدث رد فعل ، هناك تغيير في الطاقة الحرة للنظام:
∆G = – nFE °
حيث F = ثابت معروف باسم فاراداي (96485 درجة مئوية أو 26.8 آه)
ن = عدد الإلكترونات المشاركة في تفاعل القياس المتكافئ
E ° = الإمكانية القياسية ، V.
يمكن حساب قيم ∆G من القيم الثلاث الأخرى ، n و F و E.
يمكن حساب جهد الخلية للخلية الجلفانية من التعبير
ΔG ° = منتجات G ° f – متفاعلات G ° f
يمكن الحصول على طاقات التكوين الحرة المولية القياسية من الكتب القياسية [هانز بودي ، بطاريات الرصاص الحمضية ، جون وايلي ، نيويورك ، 1977 ، ص 366].
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O
ΔG ° = منتجات G ° f – متفاعلات G ° f
∆Gº = [2 ( – 193. 89 ) + 2 ( – 56.69 ) ] – [( – 52. 34 ) + 0-2 ( – 177. 34 ) ]
= – 94 . 14 كيلو كالوري / مول
= – 94 . 14 سعرة حرارية / مول × 4 . 184 كيلو جول / مول
= – 393 . 88 كيلو جول / مول
Eº = – Δ Gº / nF
= – ( – 393.88 × 1000 ) / 2 × 96485
= 2 . 04 الخامس
الزيادة المقابلة في الطاقة الحرة تساوي الشغل الكهربائي المنجز على النظام. لذلك،
−ΔG = nFE أو ΔG = −nFE و ΔGº = −nFEº.
جهد الخلية من جهود القطب
إن الجمع بين إمكانات القطب الكهربي سيعطي جهد الخلية:
الخلية الإلكترونية = القطب السالب أو القطب الموجب – القطب الموجب أو القطب السالب
أو خلية E = E PP – E NP
وفقًا لاتفاقيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) لعامي 1953 و 1968 ، تمت كتابة الخلية الجلفانية بطريقة تجعل القطب الأيمن (RHE) هو القطب الموجب حيث يحدث التخفيض و القطب الأيسر هو القطب السالب ، حيث تحدث الأكسدة وتتدفق الإلكترونات من اليسار إلى اليمين [ مكنيكول بي دي ؛ راند ، DAJ في McNicol BD ؛ Rand، DAJ (ed.) Power Sources for Electric Vehicles، Chapter 4، Elsevier، Amsterdam، 1984 ] . RHE هو الكاثود و LHE هو الأنود
الخلية E = E RHE – E LHE
يمكن الحصول على قيم جهود القطب من الكتب المدرسية والكتيبات.
جهد الخلية من جهد القطب لخلية حمض الرصاص
الخلية الإلكترونية = القطب السالب أو القطب الموجب – القطب الموجب أو القطب السالب
LHE Pb½H 2 SO 4 ½H 2 SO4½PbO 2 RHE
RHE هو الكاثود E ° Rev = 1.69 V لـ Pb 4 + + 2e ⇄ Pb 2+ و
LHE الأنود E ° Rev = −0.358 V لـ Pb º – 2e _ Pb 2+
الخلية E = 1.69 – (-0.358) = 2.048 فولت.
جهد الخلية من جهد القطب لخلية Ni-Cd
RHE Cd | KOH | KOH | NiOOH LHE
LHE E ° Rev = 0.49 لـ NiOOH + 2e ⇄Ni (OH)
RHE E ° Rev = – 0.828 V لـ Cd ⇄ Cd 2+ + 2e
الخلية E = 0 . 49 فولت – ( – 0.828) = 1 . 318 فولت
إن E ° Rev للقطب الكهربي للنيكل في ظل الظروف القياسية هو 0.49 V. يعتمد E ° Rev للقطب MH على الضغط الجزئي للمواد المكونة للهيدريد ، وفقًا لـ
2MH ⇄ 2M + H 2 ↑
يكون ضغط الهيدروجين الجزئي المفضل للإلكترود MH في حدود 0.01 بار ، ويتراوح E ° Rev بشكل عام بين -0.930 و -0.860 V.
الخلية E = 0 . 49 فولت – ( – 0 .89 ) = 1 . 3 الخامس.
جهد الخلية من جهد القطب لخلية Li-ion في كيمياء LCO
RHE C | LiPF 6 في DMC + DEC + PC | LiCoO 2 LHE
RHE E ° Rev = 0.1 فولت (مقابل معدن Li) لـ LiC 6 xLi + + xe + C 6
LHE E ° Rev = 3.8 فولت (مقابل معدن Li) لـ Li 1-x CoO 2 + xe التفريغ → LiCoO 2
التفاعل الكلي هو C 6 + LiCoO 2 ⇄Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
الخلية E = 3.8 – (0.1) = 3.7 فولت.
جهد الخلية من جهد القطب لخلية Li-ion في كيمياء LiFePO4
RHE C | LiPF 6 أو LiODFB في (EC + EMC + DEC) | LiFePO 4 LHE
RHE E ° Rev = 0.1 فولت (مقابل معدن Li) لـ LiC 6 xLi + + xe + C 6
LHE E ° Rev = 3.5 V (مقابل معدن Li) لـ FePO 4 + xe + xLi + = التفريغ → xLiFePO 4 + (1-x) FePO 4
LIODFB = بورات الليثيوم ديفلورو (أوكسالاتو)
رد الفعل الكلي LiFePO 4 + 6C → LiC 6 + FePO 4
الخلية E = 3.3 – (0.1) = 3.2 فولت
كميات الخلايا الجلفانية المعتمدة على الكتلة: التيار والقوة والطاقة
تُعطى الطاقة بوحدة واط ولا يدخل عامل الوقت في الطاقة.
P = W = V * A
تشير الطاقة إلى الطاقة المستهلكة خلال فترة زمنية ، وبالتالي تتضمن الوحدة ساعات.
الطاقة 1 وات الثانية = 1 جول
الطاقة = Wh = W * h = V * A * h = 3600 جول.
1 كيلو واط ساعة = 1000 واط.
السعة هي كمية الكهرباء (آه) التي يمكن أن توفرها البطارية.
إذا تم إعطاء أي من المصطلحين في Wh أو kWh ، فيمكن حساب الآخر (Wh = VAh).
يمكن أن توفر 850 واط من بطارية 12 فولت 850 واط / 12 فولت = 71 آه. المدة التي يمكن خلالها استخلاص 71 آه لا تعتمد فقط على التيار ، ولكن أيضًا على نوع الكيمياء. على سبيل المثال ، يمكن لبطارية Li-ion توفير 70 أمبير لمدة ساعة واحدة. لكن بطارية الرصاص الحمضية ، من ناحية أخرى ، يمكن أن تصمد لمدة ساعة واحدة إذا كان تيار التفريغ 35 أمبير.
القوة الكهربائية التي توفرها خلية Li-ion عند 70 A = 70 A * 3.6 V = 252 W.
لكن القوة الكهربائية التي توفرها خلية حمض الرصاص عند 70 أمبير = 70 أمبير * 1.9 فولت = 133 واط.
يمكن للمرء أن يرى أن خلية Li-ion يمكن أن توفر المزيد من القوة الكهربائية على أساس كل خلية لنفس التيار.
وبالمثل ، فإن الطاقة التي توفرها خلية Li-ion عند 70 A = 70 A * 3.6 V * 1h = 252 Wh.
لكن الطاقة التي توفرها خلية حمض الرصاص VR عند 70 A = 70 A * 1.9 V * 0.66 h = 88 Wh.
يمكننا أن نرى أن خلية Li-ion يمكن أن توفر المزيد من الطاقة على أساس كل خلية لنفس التيار
السعة المحددة هي آه لكل وحدة وزن (آه / كجم أو مللي أمبير / جم).
الطاقة المحددة هي Wh لكل وحدة وزن (Wh / kg).
كثافة الطاقة هي Wh لكل وحدة حجم (Wh / لتر).
ملحوظة:
تم استبدال مصطلح كثافة الطاقة الجاذبية بالطاقة النوعية وكثافة الطاقة الحجمية بكثافة الطاقة
الكيمياء الكهربية - القدرة النوعية النظرية والطاقة النوعية النظرية للمواد الفعالة للإلكترود
وحدة الكهرباء الكولوم وهي 1 أمبير ثانية (ع). يشير ثابت فاراداي (F) إلى مقدار الشحنة التي يحملها مول واحد من الإلكترونات. بما أن شحنة إلكترون واحد تبلغ 1.602 × 10 – 19 كولوم (C) ، يجب أن يكون لدى مول واحد من الإلكترونات شحنة تبلغ 96485 C / مول.
1 F = 1 (6.02214 * 10 23 ) * ( 1.60218 * 10-19 درجة مئوية) = 96485 درجة مئوية (أي 96485 درجة مئوية / مول).
6.02214 * 10 23 هو رقم أفوجادرو (ثابت أفوجادرو) ، والذي يُعرَّف بأنه عدد الذرات أو المولات أو الأيونات في مول واحد من تلك المادة. يفيد في ربط كتلة المادة بعدد الجسيمات في المادة. وبالتالي ، فإن 0.2 مول من أي مادة تحتوي على 0.2 * عدد أفوجادرو من الجسيمات. شحنة الإلكترون على أساس التجارب الحديثة هي 1.60217653 × 10-19 كولوم لكل إلكترون. إذا قسمت الشحنة على مول من الإلكترونات على شحنة إلكترون واحد تحصل على قيمة عدد أفوجادرو 6.02214154 × 10 23 جسيمًا لكل مول [ https://www.scientificamerican.com/article/how-was-avogadros -رقم / ].
1 F 96485 C / مول = 96485 As / 60 * 60 s = 26.8014 Ah / مول
القدرة النوعية والطاقة النوعية لخلية حمض الرصاص
الوزن الجزيئي أو الوزن الذري بالجرام مقسومًا على عدد الإلكترونات المشاركة في التفاعل يعطي المعادل بالجرام للمادة المعنية. سيعادل جرام واحد 96485 كولوم (معظم المؤلفين تقريبه إلى 96500 درجة مئوية) وهو ما يعادل 26.8014 آه.
يمكن معادلة 207.2 جم من معدن الرصاص بالكهرباء 2F = 2 × 26 . 8014 آه = 53.603 آه. (رد الفعل: Pb → Pb 2+ + 2e – ).
لذلك فإن كمية المادة النشطة السلبية (NAM) في خلية حمض الرصاص المطلوبة لـ 1 Ah (والتي تُعرف باسم كثافة السعة ) = 207.2 / 53 . 603 = 3.866 جم / آه [ بودي ، هانز ، بطاريات الرصاص الحمضية ، جون وايلي ، نيويورك ، 1977 ، ص 292. ].
يُطلق على مقلوب كثافة السعة اسم السعة المحددة
القدرة النوعية = nF / الوزن الجزيئي أو الوزن الذري. (ن = عدد الإلكترونات المشاركة في التفاعل).
القدرة النوعية للمادة النشطة السلبية
السعة المحددة للمادة النشطة السلبية (NAM) ، Pb = 56.3 / 207.2 = 0.259 مللي أمبير / غرام = 259 آه / كجم. هذه القيمة مضروبة في إمكانات توازن الخلية هي طاقة نظرية محددة. الطاقة النوعية النظرية لرصاص NAM = 259 * 2.04 V = 528.36 Wh / kg
القدرة النوعية للمادة النشطة الإيجابية (بام)
وبالمثل ، فإن كمية المادة النشطة الإيجابية في خلية حمض الرصاص المطلوبة لـ 1 Ah (والتي تعرف بكثافة السعة ) = 239.2 / 53 . 603 = 4.46 جم / آه.
السعة المحددة للمادة النشطة الإيجابية (PAM) ، PbO 2 = 56.3 / 239 = 0.224 مللي أمبير / غرام = 224 آه / كجم. الطاقة النوعية النظرية لثاني أكسيد الرصاص PAM = 224 * 2.04 V = 456.96 Wh / kg.
خلية ليثيوم أيون
القدرة النوعية والطاقة النوعية لأنود الكربون خلية ليثيوم أيون
القدرة النوعية لـ LiC 6 = xF / n * الوزن الجزيئي
= 1 * 26.8 / 1 * 72 mAh / g (Stoichiometrically مطلوب 72 جم من C لـ 1
مول من تخزين Li لتشكيل LiC 6. نظرًا لأن Li متاح من LCO الكاثود ، لا تؤخذ كتلته في الاعتبار إجمالي كتلة الأنود. يتم أخذ الكربون فقط في الاعتبار. س = 1 ؛ 100٪ إقحام Li + )
= 0.372 آه / ز
= 372 مللي أمبير / جرام = 372 آه / كجم
طاقة محددة LiC 6 = 372 * 3.7 فولت
= 1376 واط / كغم
القدرة النوعية والطاقة النوعية لـ LiCoO2 (LCO)
سعة محددة LiCoO 2
= 0.5 Li + + 0.5 e + Li 0.5 CoO 2 (x = 0.5، 50٪ إقحام Li + )
= xF / n * مول بالوزن
= 0.5 * 26.8 / 1 * 98 Li = 6.94 Co = 58.93 2 O = 32
= 13.4 / 98 آه / جم = 0.1368 آه / كجم
= 137 مللي أمبير / جرام = 137 آه / كجم.
الطاقة النوعية لـ LiCoO 2 = 137 * 3.7 V = 507 Wh / kg (x = 0.5 ، 50٪ إقحام Li + )
إذا تم أخذ القيمة x على أنها 1 ، فسيتم مضاعفة السعة المحددة ، 137 * 2 = 274 مللي أمبير / غرام = 274 آه / كجم
الطاقة المحددة لـ LiCoO 2 = 274 * 3.7 فولت (س = 1. الإقحام الكامل (100٪) لـ Li + )
= 1013 واط / كغم
القدرة النوعية والطاقة المحددة لـ LiFePO4
القدرة المحددة لـ LiFePO 4
= xF / n * مول بالوزن
= 26.8 / 157.75 = 169.9 مللي أمبير / جرام = 170 مللي أمبير / جرام = 170 آه / كجم
الطاقة النوعية لـ LiFePO 4 = 170 * 3.2 V = 544 Wh / kg
الكيمياء الكهربية - الطاقة النوعية النظرية للخلية
يتم الحصول على أقصى طاقة محددة مشتقة من مصدر طاقة كهروكيميائية من خلال:
الطاقة النوعية النظرية = 26 . 8015 × ( nE / Σmoles ) Wh / kg حيث n و E لهما الرموز المعتادة ؛ n ، هو عدد الإلكترونات المشاركة في التفاعل و E ، جهد الخلية.
ملحوظة
- تشير مولات S إلى تجميع جميع المواد المتفاعلة ولا داعي للقلق بشأن المنتجات
- نظرًا لأن الوحدة معطاة بالواط / كجم (مكتوب أيضًا كـ Wh kg -1 ) ، يجب إعطاء الوزن الإجمالي بوحدات kg.
خلية حمض الرصاص ذات الطاقة المحددة
سيتم أخذ مثال مألوف لحساب الطاقة النظرية المحددة.
أولاً علينا كتابة التفاعل وحساب القيم المولية للمواد المتفاعلة. لا داعي للقلق بشأن المنتجات. بالنسبة لبطارية الرصاص الحمضية ، يكون التفاعل:
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O Eº = 2.04 V.
Σ الشامات = 239 +207+ 2 * 98 بوصة بالجرام
= 0.642 كجم
الطاقة النوعية النظرية = 26 . 8 × ( nE / Σmoles) Wh / kg
= 26.8 * (2 * 2.04 / 0.642) واط / كغم
= 26.8015 * (6.3551) واط / كغم
= 170.3 واط / كغم.
وفقًا لـ Tobias Placke [ J Solid State Electrochem (2017) 21: 1939-1964 ] ، يمكن أيضًا حساب الطاقة المحددة على النحو الوارد أدناه لخلية حمض الرصاص:
الطاقة النوعية للخلية =
= 1 [1 / (224 * 2.04) + 1 / (259 * 2.04) + 1 / (273 * 2.04)]
= 1 [(1/457) + (1/528) + (1/557)]
= 1 / (0.002188 + 0.001893 + 0.001796)
= 1 / 0.005877
= 170 واط / كغم
الطاقة المحددة لخلية Ni-Cd
2NiOOH + Cd ⇄ 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2 Eº = 1.33 فولت
الطاقة النوعية النظرية = 26 . 8 × ( nE / Σmoles) Wh / kg
= 26.8 * (2 * 1.33 / 0.296) واط / كغم
= 26.8015 * (8.9865) واط / كغم
= 240.8 واط / كغم
لا يشارك المنحل بالكهرباء المائي KOH في هذه الخلايا القلوية في تفاعل الخلية و
وبالتالي لا تؤخذ في الاعتبار عند حساب قيم الطاقة المحددة. لكن بعض المؤلفين
ترغب في تضمين وزن الماء في الحساب.
ثم ينخفض الرقم الخاص بالطاقة المحددة إلى 214.8 واط / كجم إذا تم استبدال Σ مول بـ
0.332. ستكون النتيجة 214 . 8 واط / كغم
الطاقة المحددة لخلية LiFePO4
(س = 1. 100٪ الإقحام)
= 26 . 8015 × ( nE / Σmoles) Wh / kg
= 26.8 [(1 * 3.2) / (72 + 157.75) LiFePO4 + 6C + صفر Li
= 26.8 [(1 * 3.2) / (229.75)] = 26.8 * 0.013928
= 0.37329 واط / جرام
= 373 واط / كغم
الطاقة المحددة لخلية LCO
(س = 1 ، 100٪ إقحام)
= 26 . 8015 × واط / كغم 169.87
= 26.8 [(1 * 3.7) / (72 + 97.87)] LiCoO 2 + 6C + صفر Li
= 26.8 * [(3.7) / (169.87)]
= 26.8 * 0.02178
= 0.58377 واط / جرام
= 584 واط / كغم
إذا كانت x = 0.5 (50٪ إقحام أيونات Li) ، فعلينا استبدال 26.8 بنصف هذه القيمة ، أي 13.4. ستكون النتيجة 584/2 = 292 واط / كجم .
الطاقة العملية (الفعلية) المحددة لخلية / بطارية
https://pushevs.com/2015/11/04/gs-yuasa-improved-cells-lev50-vs-lev50n/
الطاقة النوعية للبطارية في الوقت الحقيقي = (متوسط الجهد * آه) / (كتلة البطارية)
= (3.7 فولت * 50 آه 1 ) / 1.7 كجم (خلية مفردة Yuasa LEV50)
= 185 / 1.7
= 108.8 واط / كغم
= (14.8 * 50) / 7.5 (بطارية Yuasa LEV50-4)
= 98.7 واط / كغم
كثافة الطاقة في الوقت الفعلي للبطارية = واط / الحجم = 17.1 * 4.4 * 11.5 = 865 سم مكعب
= 185 / 0.865 = 214 واط / لتر
= Wh / الحجم = 17.5 * 19.4 * 11.6 = 3938 سم مكعب = 3.94 لتر
= 14.8 * 50 / 3.94 = 187 واط / لتر
يوجد انخفاض بنسبة 10٪ في الطاقة المحددة عند حدوث التحويل من خلية إلى بطارية (كيلو وات في الساعة منخفض) وحوالي 13٪ انخفاض في كثافة الطاقة عند حدوث التحويل من خلية إلى بطارية (كيلو وات في الساعة منخفض)
