ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি সংজ্ঞা
বৈদ্যুতিক রাসায়নিক শক্তির উত্স বা ব্যাটারিগুলি ইলেকট্রনিক কন্ডাক্টর (সক্রিয় পদার্থ) এবং আয়নিক কন্ডাক্টর (ইলেক্ট্রোলাইট), রাসায়নিক কোষ থেকে বৈদ্যুতিক শক্তির উত্পাদন (বা রাসায়নিক শক্তির রূপান্তর) এর ইন্টারফেসে ঘটে যাওয়া প্রতিক্রিয়াগুলির সাথে সম্পর্কিত ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রির আন্তঃ-শৃঙ্খলা বিষয়ের অধীনে অধ্যয়ন করা হয়। বৈদ্যুতিক শক্তিতে) এবং এর বিপরীত প্রতিক্রিয়া যেখানে রাসায়নিক রূপান্তরের জন্য ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষ নিযুক্ত করা হয়।
ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পাওয়ার সোর্স (ব্যাটারি)
ব্যাটারিগুলিতে শক্তি রূপান্তর প্রক্রিয়াগুলি জারণ-হ্রাস প্রতিক্রিয়া (রিডক্স প্রতিক্রিয়া) এর উপর ভিত্তি করে। কোষগুলিকে ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষ এবং গ্যালভানিক কোষে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষের উদাহরণ হল অ্যালুমিনিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম ইত্যাদি ধাতু নিষ্কাশনের জন্য ব্যবহৃত কোষ এবং চার্জ করার সময় ব্যাটারি। গ্যালভানিক কোষ বা ব্যাটারি ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষের বিপরীতে আমাদের কাছে কারেন্ট সরবরাহ করতে সক্ষম, যার মধ্যে প্রতিক্রিয়া ঘটতে আমাদের কারেন্ট পাস করতে হবে।
জারণ বলতে সহজভাবে ইলেকট্রন/ইলেকট্রন অপসারণ করাকে বোঝায় (নিঃসরণ প্রতিক্রিয়ার সময় অ্যানোড থেকে) এবং হ্রাস হল এই ইলেকট্রনগুলিকে একটি বাহ্যিক সার্কিটের মাধ্যমে অন্যান্য ইলেক্ট্রোডে (ক্যাথোড) যোগ করার প্রক্রিয়া, একটি ionically পরিবাহী ইলেক্ট্রোলাইট হল ভিতরে আয়ন স্থানান্তরের মাধ্যম। কোষ কোষ স্রাবের সময়, ইলেকট্রনগুলি অ্যানোড (নেতিবাচক প্লেট) থেকে ক্যাথোডে (ধনাত্মক প্লেট) একটি বাহ্যিক সার্কিটের মাধ্যমে যায় এবং আয়নগুলি কোষের ভিতরে প্রবাহিত হয় যাতে রাসায়নিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করা হয়।
অ্যানোডের জন্য সাধারণ উদাহরণ হল:
লি → লি + + ই –
Pb → Pb 2+ + 2e –
Zn → Zn 2+ + 2e –
ক্যাথোডের উদাহরণ হল:
PbO 2 ⇄ Pb 2+ +2e – (লিড-অ্যাসিড ব্যাটারি)
LiFePO 4 (লি-আয়রন সালফেট ব্যাটারি)
NiOOH + 2e – ⇄ Ni(OH) 2 (Ni-ক্যাডমিয়াম ব্যাটারি)
Cl 2 + 2e ⇄ 2Cl – (জিঙ্ক-ক্লোরিন ব্যাটারি)
Br 2 + 2e ⇄ 2Br – (জিঙ্ক-ব্রোমিন ব্যাটারি)
প্রাথমিক ও মাধ্যমিক কোষ - তড়িৎ রসায়ন
একটি কোষ হল একটি গ্যালভানিক সিস্টেমের একটি স্বাধীন ইউনিট। যখন একাধিক সেল সিরিজ বা সমান্তরাল ফ্যাশনে সংযুক্ত থাকে, তখন এই বিন্যাসটিকে একটি ব্যাটারি বলা হয়। একটি কোষের অপরিহার্য উপাদান হল পজিটিভ ইলেক্ট্রোড বা প্লেট (ক্যাথোড), নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড বা প্লেট (অ্যানোড), ইলেক্ট্রোলাইট এবং অন্যান্য নিষ্ক্রিয় উপাদান যেমন কন্টেইনার, বিভাজক, ছোট অংশ যেমন বাস বার, পিলার পোস্ট, টার্মিনাল পোস্ট ইত্যাদি।
গ্যালভানিক কোষগুলি প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক (বা রিচার্জেবল বা স্টোরেজ) কোষে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। প্রাথমিক কোষে, সক্রিয় পদার্থের ক্লান্তির কারণে স্রাব শেষ হয়ে গেলে প্রতিক্রিয়াগুলিকে বিপরীত করা যায় না, যেখানে গৌণ কোষগুলিতে সক্রিয় পদার্থগুলি কোষে কারেন্ট পাস করে আগের অবস্থায় ফিরিয়ে আনা যায়। উল্টোদিকে.
প্রাথমিক কোষগুলির পরিচিত উদাহরণ হল কব্জি ঘড়ি, বৈদ্যুতিক টর্চ এবং টিভি রিমোট এবং এসি রিমোটের মতো অনেকগুলি নিয়ন্ত্রণে ব্যবহৃত কোষগুলি। অটোমোবাইল এবং হোম ইনভার্টার/ইউপিএস এবং Ni-Cd, Ni-MH এবং Li-ion কোষগুলি শুরু করার জন্য ব্যবহৃত সর্বব্যাপী লিড-অ্যাসিড ব্যাটারি সেকেন্ডারি ব্যাটারির উদাহরণ। জ্বালানী কোষগুলি (প্রাথমিক) ব্যাটারির থেকে পৃথক এই অর্থে যে প্রতিক্রিয়াশীল উপাদানগুলিকে বাইরে থেকে খাওয়ানো হয়, ব্যাটারির ভিতরে একই উপলব্ধতার বিপরীতে।
ইলেক্ট্রোডের সম্ভাব্যতা (অর্ধেক কোষ) এবং একটি কোষের ভোল্টেজ এবং গ্যালভানিক কোষের ভর-স্বাধীন সত্তা:
একটি ইলেক্ট্রোডের সম্ভাব্য (ভোল্টেজ) একটি মৌলিক ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সম্পত্তি এবং এর মান ইলেক্ট্রোড উপাদানের পরিমাণের উপর নির্ভর করে না। তাপগতিগতভাবে এটি একটি ইলেক্ট্রোডের ক্ষমতা (যা একটি বিস্তৃত সম্পত্তি) এর বিপরীতে একটি নিবিড় সম্পত্তি যা এটিতে থাকা সক্রিয় উপাদানের ভরের উপর নির্ভর করে।
একটি কোষের ভোল্টেজ হল অ্যানোড (ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড বা প্লেট) এবং ক্যাথোড (ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড বা প্লেট) এর দুটি ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্য বা ভোল্টেজ মানগুলির সমন্বয়। নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের সম্ভাব্য মান সবসময়ই ঋণাত্মক (EMF সিরিজে শূন্য ভোল্টের নিচে, স্ট্যান্ডার্ড পাঠ্যপুস্তক বা হ্যান্ডবুক দেখুন)। শূন্য ভোল্ট হাইড্রোজেন ইলেক্ট্রোড (SHE) এর স্ট্যান্ডার্ড ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতাকে বোঝায়।
নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলি অবিচ্ছিন্নভাবে ধাতু বা সংকর, কার্বন এবং হাইড্রোজেনের মতো কিছু ব্যতিক্রম সহ, যা Ni-MH এবং Ni-H2 কোষে নেতিবাচক সক্রিয় উপাদান। ক্যাথোডগুলির ইতিবাচক সম্ভাবনা রয়েছে এবং সেগুলি বেশিরভাগই অক্সাইড, হ্যালাইড, সালফাইড ইত্যাদি, অক্সিজেন বাদ দিয়ে যা ধাতু-বায়ু কোষে ক্যাথোড সক্রিয় উপাদান হিসাবে কাজ করে। কোষের ভিতরে আয়ন পরিচালনা করার জন্য একটি ইলেক্ট্রোলাইট থাকা উচিত।
ভোল্টেজ হল কারেন্টের চালিকা শক্তি। এটি ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক সম্ভাবনার দুটি মানের সংমিশ্রণ (বীজগণিতীয় পার্থক্য)। ভোল্টেজকে একটি জলের ট্যাঙ্কের উচ্চতা বা ট্যাঙ্কে জলের স্তর এবং ট্যাঙ্ক থেকে বেরিয়ে আসা পাইপের ব্যাসের সাথে বর্তমানের তুলনা করা যেতে পারে। ট্যাঙ্কে জলের স্তর যত বেশি হবে, তত দ্রুত জল বেরিয়ে আসবে। একইভাবে, পাইপের ব্যাস যত বেশি হবে, পানির পরিমাণ তত বেশি হবে।
কিভাবে একটি কোষের ভোল্টেজ নির্ধারণ করতে হয়?
সেল ভোল্টেজ দুটি ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্য মান থেকে নির্ধারণ করা যেতে পারে বা এটি গিবস সমীকরণ এবং স্ট্যান্ডার্ড গিবস মুক্ত শক্তি গঠনের (Δ f G ˚) ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে। আদর্শ গিবস গঠনের মুক্ত শক্তি একটি যৌগ হল গিবস মুক্ত শক্তির পরিবর্তন যা একটি পদার্থের 1 মোল গঠনের সাথে তার মানক অবস্থায় তার উপাদান উপাদানগুলি থেকে তাদের স্ট্যান্ডার্ড অবস্থায় থাকে (1 বার চাপে মৌলের সবচেয়ে স্থিতিশীল রূপ এবং নির্দিষ্ট তাপমাত্রা, সাধারণত 298.15 K বা 25 °C)।
গিবস মুক্ত শক্তি (G)
তাপগতিবিদ্যায়, গিবস ফ্রি এনার্জি হল কাজের একটি পরিমাপ যা একটি সিস্টেম থেকে বের করা যেতে পারে এবং ব্যাটারির ক্ষেত্রে, একটি ইলেক্ট্রোডে (অ্যানোড) আয়ন মুক্ত করে অন্যটিতে (ক্যাথোড) নড়াচড়া করে কাজ করা হয়। শক্তির পরিবর্তন প্রধানত কাজ করার সমান, এবং গ্যালভানিক কোষের ক্ষেত্রে, পণ্যের জন্ম দেওয়ার জন্য বিক্রিয়কগুলির মধ্যে রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়ার কারণে আয়নগুলির গতির মাধ্যমে বৈদ্যুতিক কাজ করা হয়। তাই, শক্তি Δ G এর পরিপ্রেক্ষিতে দেওয়া হয়, গিবের মুক্ত শক্তির পরিবর্তন , যা শক্তি রূপান্তর প্রক্রিয়ার সময় প্রাপ্ত সর্বাধিক রাসায়নিক শক্তির প্রতিনিধিত্ব করে।
যখনই একটি প্রতিক্রিয়া ঘটে, তখন সিস্টেমের মুক্ত শক্তিতে একটি পরিবর্তন হয়:
∆G = – nFE°
যেখানে F = ধ্রুবক ফ্যারাডে নামে পরিচিত (96,485 C বা 26.8 Ah)
n = স্টোচিওমেট্রিক বিক্রিয়ায় জড়িত ইলেকট্রনের সংখ্যা
E ° = আদর্শ সম্ভাব্য, ভি।
∆G-এর মানগুলি অন্য তিনটি মান, n, F এবং E থেকে গণনা করা যেতে পারে।
একটি গ্যালভানিক কোষের সেল ভোল্টেজ এক্সপ্রেশন থেকে গণনা করা যেতে পারে
ΔG° = ΣΔG° f পণ্য – ΣΔG° f বিক্রিয়ক
স্ট্যান্ডার্ড টেক্সট বই [হ্যান্স বোডে, লিড-অ্যাসিড ব্যাটারি, জন উইলি, নিউ ইয়র্ক, 1977, পৃ.366] থেকে গঠনের আদর্শ মোলার মুক্ত শক্তি পাওয়া যেতে পারে।
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O
ΔG° = ΣΔG° f পণ্য – ΣΔG° f বিক্রিয়ক
∆Gº = [2( − 193। 89) + 2( − 56। 69 )] − [( − 52। 34) + 0 – 2( − 177। 34) ]
= − 94 । 14 কিলোক্যালরি / মোল
= − 94 । 14 কিলোক্যালরি / মোল × 4 । 184 কেজে / মোল
= − 393 । 88 কেজে / মোল
Eº = − Δ Gº/nF
= − ( − 393। 88 × 1000 ) / 2 × 96485
= 2 । 04 ভি
মুক্ত শক্তির অনুরূপ বৃদ্ধি সিস্টেমে করা বৈদ্যুতিক কাজের সমান। তাই,
−ΔG = nFE বা ΔG = −nFE এবং ΔGº = −nFEº।
ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা থেকে সেল ভোল্টেজ
দুটি ইলেক্ট্রোড সম্ভাবনার সংমিশ্রণ কোষকে ভোল্টেজ দেবে:
ই সেল = ই ক্যাথোড বা পজিটিভ ইলেক্ট্রোড – ই অ্যানোড বা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড
অথবা E cell = E PP – E NP
1953 এবং 1968 সালের ইন্টারন্যাশনাল ইউনিয়ন অফ পিওর অ্যান্ড অ্যাপ্লাইড কেমিস্ট্রি (IUPAC) কনভেনশন অনুসারে, একটি গ্যালভানিক কোষ এমনভাবে লেখা হয় যে ডান হাত ইলেক্ট্রোড (RHE) ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড যেখানে হ্রাস ঘটে এবং বাম হাত ইলেক্ট্রোড নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড, যেখানে অক্সিডেশন ঘটে এবং ইলেকট্রন বাম থেকে ডানে প্রবাহিত হয় [ ম্যাকনিকোল বিডি; ম্যাকনিকোল বিডিতে র্যান্ড, ডিএজে; Rand, DAJ (ed.) পাওয়ার সোর্স ফর ইলেকট্রিক যানবাহন, অধ্যায় 4, এলসেভিয়ার, আমস্টারডাম, 1984 ] । RHE হল ক্যাথোড এবং LHE হল অ্যানোড
ই সেল = E RHE − E LHE
ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতার মান পাঠ্যপুস্তক এবং হ্যান্ডবুক থেকে পাওয়া যেতে পারে।
সীসা-অ্যাসিড কোষের জন্য ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা থেকে সেল ভোল্টেজ
ই সেল = ই ক্যাথোড বা পজিটিভ ইলেক্ট্রোড – ই অ্যানোড বা নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড
LHE Pb½H 2 SO 4 ½H 2 SO4½PbO 2 RHE
RHE হল ক্যাথোড E ° Rev = 1.69 V এর জন্য Pb 4 + + 2e ⇄ Pb 2+ এবং
Pb º − 2e _ Pb 2+ এর জন্য LHE anode E ° Rev = −0.358 V
ই সেল = 1.69 – (-0.358) = 2.048 V।
Ni-Cd সেলের জন্য ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা থেকে সেল ভোল্টেজ
RHE Cd|KOH|KOH|NiOOH LHE
NiOOH +2e ⇄Ni(OH) এর জন্য LHE E ° রেভ = 0.49
Cd ⇄ Cd 2+ +2e এর জন্য RHE E ° Rev = – 0.828 V
ই সেল = 0 । 49 V − ( − 0। 828) = 1 । 318 ভি
স্ট্যান্ডার্ড অবস্থায় নিকেল ইলেক্ট্রোডের E ° রেভ হল 0.49 V। MH ইলেক্ট্রোডের E ° রেভ হাইড্রাইড-গঠনকারী পদার্থের আংশিক চাপের উপর নির্ভর করে
2MH ⇄ 2M + H 2 ↑
MH ইলেক্ট্রোডের পছন্দের আংশিক হাইড্রোজেন চাপ হল 0.01 বার, E ° রেভের রেঞ্জ সাধারণত –0.930 এবং –0.860 V এর মধ্যে। তাই
ই সেল = 0 । 49 V − ( − 0। 89) = 1 । 3 ভি.
এলসিও রসায়নের লি-আয়ন কোষের জন্য ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা থেকে সেল ভোল্টেজ
আরএইচই সি | ডিএমসি +ডিইসি +পিসিতে LiPF 6 | LiCoO 2 LHE
LiC 6 ⇄ xLi + + xe + C 6 এর জন্য RHE E ° রেভ = 0.1 V (বনাম লি ধাতু)
Li 1-x CoO 2 + xe ডিসচার্জ → LiCoO 2 এর জন্য LHE E ° রেভ = 3.8 V (বনাম লি ধাতু)
মোট বিক্রিয়া হল C 6 + LiCoO 2 ⇄ Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
ই সেল = 3.8 – (0.1) = 3.7 V।
LiFePO4 রসায়নের লি-আয়ন কোষের জন্য ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্যতা থেকে সেল ভোল্টেজ
আরএইচই সি | LiPF 6 বা LiODFB in (EC+EMC+DEC) | LiFePO 4 LHE
LiC 6 ⇄ xLi + + xe + C 6 এর জন্য RHE E ° রেভ = 0.1 V (বনাম লি ধাতু)
FePO 4 + xe + xLi + = স্রাব → xLiFePO 4 + (1-x) FePO 4 এর জন্য LHE E ° রেভ = 3.5 V (বনাম লি ধাতু)
LIODFB = লিথিয়াম ডিফ্লুরো(অক্সালাটো)বোরেট
মোট বিক্রিয়া LiFePO 4 + 6C →LiC 6 + FePO 4
ই সেল = 3.3 – (0.1) = 3.2 V
গ্যালভানিক কোষের ভর-নির্ভর পরিমাণ: বর্তমান, শক্তি এবং শক্তি
ওয়াটের ইউনিটে পাওয়ার দেওয়া হয় এবং টাইম ফ্যাক্টর পাওয়ারের সাথে জড়িত নয়।
P = W = V*A
শক্তি একটি নির্দিষ্ট সময়ের মধ্যে ব্যয় করা শক্তিকে বোঝায় এবং তাই ইউনিটটি ঘন্টা জড়িত।
শক্তি 1 W.Second = 1 Joule
শক্তি = Wh = W*h = V*A*h = 3600 জুল।
1 kWh = 1000 Wh.
ক্ষমতা হল বিদ্যুতের পরিমাণ (Ah) যা একটি ব্যাটারি সরবরাহ করতে পারে।
Wh বা kWh-এর যেকোনো দুটি পদ দেওয়া থাকলে অন্যটি গণনা করা যেতে পারে (Wh = VAh)।
একটি 12 V ব্যাটারির 850 Wh 850 Wh/12 V = 71 Ah প্রদান করতে পারে। যে সময়কাল ধরে এই 71 Ah আঁকা যাবে তা কেবল বর্তমানের উপর নয়, রসায়নের ধরণের উপরও নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি লি-আয়ন ব্যাটারি, 1 ঘন্টার জন্য 70 A প্রদান করতে পারে। কিন্তু অন্যদিকে, লিড-অ্যাসিড ব্যাটারি 1 ঘন্টা পর্যন্ত দাঁড়াতে পারে যদি ডিসচার্জ কারেন্ট 35 A হয়। কিন্তু, একটি VRLA ব্যাটারি 70A প্রদান করতে পারে মাত্র 40 মিনিটেরও কম সময়ের জন্য।
70 A = 70 A*3.6 V = 252 W এ লি-আয়ন সেল দ্বারা সরবরাহকৃত ওয়াট।
কিন্তু 70 A = 70 A * 1.9 V = 133 W এ একটি সীসা-অ্যাসিড কোষ দ্বারা সরবরাহ করা ওয়াটেজ।
কেউ দেখতে পারে যে লি-আয়ন সেল একই কারেন্টের জন্য প্রতি-কোষ ভিত্তিতে আরও ওয়াট সরবরাহ করতে পারে।
একইভাবে 70 A = 70 A * 3.6 V * 1h = 252 Wh এ একটি লি-আয়ন কোষ দ্বারা সরবরাহ করা শক্তি।
কিন্তু 70 A = 70 A* 1.9 V * 0.66 h = 88 Wh এ একটি VR সীসা-অ্যাসিড কোষ দ্বারা সরবরাহ করা শক্তি।
আমরা দেখতে পাচ্ছি যে লি-আয়ন কোষ একই কারেন্টের জন্য প্রতি-কোষ ভিত্তিতে আরও শক্তি সরবরাহ করতে পারে
নির্দিষ্ট ক্ষমতা হল Ah প্রতি ইউনিট ওজন (Ah/kg বা mAh/g)।
নির্দিষ্ট শক্তি হল Wh প্রতি ইউনিট ওজন (Wh/kg)।
শক্তির ঘনত্ব হল Wh প্রতি ইউনিট ভলিউম (Wh/litre)।
বিঃদ্রঃ:
মহাকর্ষীয় শক্তি ঘনত্ব শব্দটি নির্দিষ্ট শক্তি দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছে এবং শক্তির ঘনত্ব দ্বারা ভলিউমেট্রিক শক্তি ঘনত্ব প্রতিস্থাপিত হয়েছে
ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি - ইলেক্ট্রোড সক্রিয় পদার্থের তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি
বিদ্যুতের একক হল কুলম্ব, যা 1 অ্যাম্পিয়ার সেকেন্ড (As)। ফ্যারাডে ধ্রুবক (F) ইলেকট্রনের 1 মোল দ্বারা বহন করা চার্জের পরিমাণকে বোঝায়। যেহেতু 1 ইলেকট্রনের চার্জ 1.602 x 10 – 19 কুলম্ব (C), তাই এক মোল ইলেকট্রনের চার্জ 96485 C/mole হওয়া উচিত।
1 F = 1(6.02214 *10 23 ) * (1.60218*10 -19 C) = 96485 C (অর্থাৎ 96485 C/mole)।
6.02214 *10 23 হল অ্যাভোগাড্রো সংখ্যা (অ্যাভোগাড্রো ধ্রুবক), যা সেই পদার্থের একটি মোলে পরমাণু, মোল বা আয়নের সংখ্যা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। এটি একটি পদার্থের ভরকে পদার্থের কণার সংখ্যার সাথে সম্পর্কিত করতে কার্যকর। এইভাবে, যেকোনো পদার্থের 0.2 মোলে 0.2 *অ্যাভোগাড্রো সংখ্যক কণা থাকবে। আধুনিক পরীক্ষার উপর ভিত্তি করে একটি ইলেকট্রনের চার্জ হল 1.60217653 x 10 -19 কুলম্ব প্রতি ইলেকট্রন। যদি আপনি একটি একক ইলেকট্রনের চার্জ দ্বারা ইলেকট্রনের একটি মোলের চার্জকে ভাগ করেন তবে আপনি প্রতি মোলে অ্যাভোগাড্রোর সংখ্যা 6.02214154 x 10 23 কণার একটি মান পাবেন [ https://www.scientificamerican.com/article/how-was-avogadros -সংখ্যা/ ]।
1 F 96485 C/mole = 96485 As/60*60 s = 26.8014 Ah/mole
সীসা-অ্যাসিড কোষের জন্য নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং নির্দিষ্ট শক্তি
বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী ইলেকট্রনের সংখ্যা দ্বারা ভাগ করা গ্রামে আণবিক ওজন বা পারমাণবিক ওজন সংশ্লিষ্ট উপাদানের গ্রামকে সমতুল্য দেয়। এক গ্রাম সমতুল্য 96,485 কুলম্ব সরবরাহ করবে (বেশিরভাগ লেখক এটিকে 96,500 C-এ রাউন্ড অফ করে) যা 26.8014 Ah এর সমান।
207.2 গ্রাম সীসা ধাতুকে 2F বিদ্যুৎ = 2 × 26 এর সাথে সমান করা যেতে পারে । 8014 আহ = 53.603 আহ। (প্রতিক্রিয়া: Pb → Pb 2+ + 2e – )।
তাই 1 Ah এর জন্য একটি সীসা-অ্যাসিড কোষে নেতিবাচক সক্রিয় উপাদান (NAM) এর পরিমাণ (যা ক্যাপাসিটি-ডেনসিটি নামে পরিচিত ) = 207.2 / 53 । 603 = 3.866 g /Ah [ বোড, হ্যান্স, লিড-অ্যাসিড ব্যাটারি, জন উইলি, নিউ ইয়র্ক, 1977, p.292 ।]।
ধারণক্ষমতার ঘনত্বের পারস্পরিক ক্ষমতাকে বলা হয় নির্দিষ্ট ক্ষমতা
নির্দিষ্ট ক্ষমতা = nF/ আণবিক ওজন বা পারমাণবিক ওজন। (n = বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী ইলেকট্রনের সংখ্যা)।
নেতিবাচক সক্রিয় উপাদানের নির্দিষ্ট ক্ষমতা
নেতিবাচক সক্রিয় উপাদানের নির্দিষ্ট ক্ষমতা (NAM), Pb = 56.3/207.2 = 0.259 mAh /g = 259 Ah/kg। কোষের ভারসাম্য সম্ভাবনার দ্বারা গুণিত এই মান হল তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি । NAM সীসার তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি = 259*2.04 V = 528.36 Wh/kg
ইতিবাচক সক্রিয় উপাদানের নির্দিষ্ট ক্ষমতা (PAM)
একইভাবে, 1 Ah এর জন্য একটি সীসা-অ্যাসিড কোষে ইতিবাচক সক্রিয় উপাদানের পরিমাণ (যা ধারণক্ষমতার ঘনত্ব হিসাবে পরিচিত ) = 239.2 / 53 । 603 = 4.46 গ্রাম/আহ।
ইতিবাচক সক্রিয় উপাদানের নির্দিষ্ট ক্ষমতা (PAM), PbO 2 = 56.3/239 = 0.224 mAh /g = 224 Ah/kg। PAM সীসা ডাই অক্সাইডের তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি = 224*2.04 V = 456.96 Wh/kg।
লিথিয়াম আয়ন কোষ
লি-আয়ন সেল কার্বন অ্যানোডের জন্য নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং নির্দিষ্ট শক্তি
LiC 6 এর নির্দিষ্ট ক্ষমতা = xF/n*আণবিক ওজন
= 1 * 26.8/ 1*72 mAh/g (1 এর জন্য Stoichiometrically 72 g C প্রয়োজন
LiC 6 গঠনের জন্য Li স্টোরেজের মোল। যেহেতু Li LCO ক্যাথোড থেকে পাওয়া যায়, তাই এর ভর মোট অ্যানোড ভরকে বিবেচনায় নেওয়া হয় না। শুধুমাত্র কার্বন বিবেচনায় নেওয়া হয়। X = 1; Li + এর 100% আন্তঃকাল )
= 0.372 Ah/g
= 372 mAh/g = 372 Ah/kg
নির্দিষ্ট শক্তি LiC 6 = 372*3.7 V
= 1376 ঘন্টা/কেজি
LiCoO2 (LCO) এর জন্য নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং নির্দিষ্ট শক্তি
নির্দিষ্ট ক্ষমতা LiCoO 2
= 0.5 Li + + 0.5 e + Li 0.5 CoO 2 (x= 0.5, Li + এর 50% আন্তঃকাল )
= xF/n*Mol Wt
=0.5*26.8/ 1 * 98 লি = 6.94 Co = 58.93 2 O = 32
= 13.4 / 98 Ah/g = 0.1368 Ah/kg
= 137 mAh/g = 137 Ah/kg।
LiCoO 2 এর নির্দিষ্ট শক্তি = 137*3.7 V = 507 Wh/kg (x= 0.5, Li + এর 50% আন্তঃকাল)
যদি x মানটিকে 1 হিসাবে নেওয়া হয় , তবে নির্দিষ্ট ক্ষমতা দ্বিগুণ হবে, 137*2= 274 mAh/g = 274 Ah/kg
LiCoO 2 এর নির্দিষ্ট শক্তি = 274 *3.7 V (x= 1। লি + এর সম্পূর্ণ (100%) আন্তঃকাল
= 1013 ঘন্টা/কেজি
LiFePO4 এর জন্য নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং নির্দিষ্ট শক্তি
LiFePO 4 এর নির্দিষ্ট ক্ষমতা
= xF/n*Mol Wt
= 26.8/157.75 = 169.9 mAh/g = 170 mAh/g = 170 Ah/kg
LiFePO 4 এর নির্দিষ্ট শক্তি = 170*3.2 V = 544 Wh/kg
ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি - একটি কোষের তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি
একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল শক্তি উৎস থেকে আহরণযোগ্য সর্বাধিক নির্দিষ্ট শক্তি দেওয়া হয়:
তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি = 26 । 8015 × ( nE / Σmoles ) Wh/kg যেখানে n এবং E তাদের স্বাভাবিক স্বরলিপি আছে; n , বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণকারী ইলেকট্রনের সংখ্যা এবং E , কোষের ভোল্টেজ।
বিঃদ্রঃ
- এস মোলগুলি সমস্ত বিক্রিয়াকের সমষ্টিকে বোঝায় এবং পণ্যগুলি সম্পর্কে চিন্তা করার দরকার নেই
- যেহেতু ইউনিটটি Wh/kg-এ দেওয়া হয়েছে (Wh kg -1 হিসাবেও লেখা হয়েছে), মোট ওজন কেজির এককে দিতে হবে।
নির্দিষ্ট শক্তি সীসা-অ্যাসিড কোষ
তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি গণনার জন্য একটি পরিচিত উদাহরণ নেওয়া হবে।
প্রথমে আমাদের বিক্রিয়া লিখতে হবে এবং বিক্রিয়কগুলোর মোলার মান গণনা করতে হবে। আমাদের পণ্য নিয়ে চিন্তা করতে হবে না। সীসা-অ্যাসিড ব্যাটারির জন্য, প্রতিক্রিয়া হল:
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O Eº = 2.04 V।
Σmoles = 239 +207+ 2*98 in g
= 0.642 কেজি
তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি = 26 । 8 × ( nE / Σmoles) Wh/kg
= 26.8*(2*2.04/0.642) ঘন্টা/কেজি
= 26.8015*(6.3551) ঘন্টা/কেজি
= 170.3 ঘন্টা/কেজি।
Tobias Placke [ J Solid State Electrochem (2017) 21:1939 – 1964 ] এর মতে, সীসা-অ্যাসিড কোষের জন্য নীচে দেওয়া হিসাবে নির্দিষ্ট শক্তিও গণনা করা যেতে পারে:
একটি কোষের নির্দিষ্ট শক্তি =
=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 ঘন্টা/কেজি
Ni-Cd কোষের নির্দিষ্ট শক্তি
2NiOOH + Cd ⇄ 2Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2 Eº = 1.33 V
তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট শক্তি = 26 । 8 × ( nE / Σmoles) Wh/kg
= 26.8*(2*1.33/0.296) ঘন্টা/কেজি
= 26.8015*(8.9865) ঘন্টা/কেজি
= 240.8 ঘন্টা/কেজি
এই ক্ষারীয় কোষের জলীয় KOH ইলেক্ট্রোলাইট কোষের বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে না
তাই নির্দিষ্ট শক্তির মান গণনা করার সময় বিবেচনায় নেওয়া হয় না। কিন্তু, কিছু লেখক
গণনায় পানির ওজন অন্তর্ভুক্ত করতে চাই।
তারপর নির্দিষ্ট শক্তির চিত্র 214.8 Wh/kg এ নেমে আসবে যদি Σ মোল দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়
0.332. ফলাফল 214 হবে । 8 ঘন্টা / কেজি ।
LiFePO4 কোষের নির্দিষ্ট শক্তি
(x=1. 100% আন্তঃকাল)
= 26 । 8015 × ( nE / Σmoles) Wh/kg
= 26.8 [(1*3.2)/(72+157.75) LiFePO4 + 6C + শূন্য লি
= 26.8[(1*3.2)/(229.75)] = 26.8*0.013928
= 0.37329 Wh/g
= 373 ঘন্টা/কেজি
LCO কোষের নির্দিষ্ট শক্তি
(x=1; 100% ইন্টারকালেশন)
= 26 । 8015 × Wh/kg 169.87
= 26.8 [(1*3.7)/(72+97.87)] LiCoO 2 + 6C + শূন্য লি
= 26.8 *[(3.7)/(169.87)]
= 26.8 *0.02178
= 0.58377 Wh/g
= 584 ঘন্টা/কেজি
যদি x = 0.5 (Li আয়নের 50% আন্তঃকাল) হয়, তাহলে আমাদের এই মানের অর্ধেক দ্বারা 26.8 প্রতিস্থাপন করতে হবে, অর্থাৎ 13.4। ফলাফল হবে 584/2 = 292 Wh/kg ।
একটি সেল/ব্যাটারির ব্যবহারিক (প্রকৃত) নির্দিষ্ট শক্তি
https://pushevs.com/2015/11/04/gs-yuasa-improved-cells-lev50-vs-lev50n/
একটি ব্যাটারির রিয়েল টাইম নির্দিষ্ট শক্তি = (গড় ভোল্টেজ * আহ) / (ব্যাটারির ভর)
= (3.7 V*50 Ah 1 ) / 1.7 kg (Yuasa LEV50 একক কোষ)
= 185 /1.7
= 108.8 ঘন্টা/কেজি
= (14.8*50)/ 7.5 (Yuasa LEV50-4 ব্যাটারি)
= 98.7 ঘন্টা/কেজি
একটি ব্যাটারির রিয়েল টাইম শক্তি ঘনত্ব = Wh/ভলিউম = 17.1*4.4*11.5 = 865 cc
= 185/0.865 = 214 Wh/লিটার
= Wh/ভলিউম = 17.5*19.4*11.6 = 3938 cc = 3.94 লিটার
= 14.8*50 / 3.94 = 187 Wh / লিটার
সেল থেকে ব্যাটারি (কম kWh) রূপান্তর ঘটলে নির্দিষ্ট শক্তির প্রায় 10% হ্রাস হয় এবং কোষ থেকে ব্যাটারিতে রূপান্তর ঘটলে শক্তির ঘনত্ব প্রায় 13% হ্রাস পায় (কম kWh)
