Elektrochemie Definition
Elektrochemische Stromquellen oder Batterien werden im Rahmen des interdisziplinären Fachs Elektrochemie untersucht, das sich mit den Reaktionen an der Schnittstelle zwischen elektronischen Leitern (aktiven Materialien) und Ionenleitern (Elektrolyt), der Erzeugung elektrischer Energie aus chemischen Zellen (oder der Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie) und der umgekehrten Reaktion befasst, bei der elektrolytische Zellen für chemische Umwandlungen eingesetzt werden.
Elektrochemische Stromquellen (Batterien)
Die Energieumwandlungsprozesse in Batterien beruhen auf Oxidations-Reduktions-Reaktionen (Redox-Reaktionen). Die Zellen werden in elektrolytische Zellen und galvanische Zellen unterteilt. Beispiele für elektrolytische Zellen sind Zellen, die zur Gewinnung von Metallen wie Aluminium, Magnesium usw. verwendet werden, und Batterien, die geladen werden. Galvanische Zellen oder Batterien sind in der Lage, uns Strom zu liefern, im Gegensatz zu elektrolytischen Zellen, in die wir Strom leiten müssen, damit die Reaktion stattfindet.
Oxidation bedeutet einfach die Entnahme von Elektronen (von Anoden während einer Entladungsreaktion) und Reduktion ist der Prozess der Zuführung dieser Elektronen zur anderen Elektrode (Kathode) durch einen externen Stromkreis, wobei ein ionisch leitender Elektrolyt das Medium für den Ionentransfer innerhalb der Zelle ist. Bei der Entladung der Zelle wandern Elektronen über einen externen Stromkreis von der Anode (negative Platte) zur Kathode (positive Platte) und Ionen fließen im Inneren der Zelle, um chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
Typische Beispiele für Anoden sind:
Li → Li+ + e-
Pb → Pb2+ + 2e-
Zn → Zn2+ + 2e-
Beispiele für Kathoden sind:
PbO2 ⇄ Pb2+ +2e- (Blei-Säure-Batterie)
LiFePO4 (Li-eisensulfat-Batterie)
NiOOH + 2e- ⇄ Ni(OH)2 (Ni-Cadmium-Batterie)
Cl2 + 2e ⇄ 2Cl- (Zink-Chlor-Batterie)
Br2 + 2e ⇄ 2Br- (Zink-Brom-Batterie)
Primäre und sekundäre Zellen - Elektrochemie
Eine Zelle ist eine unabhängige Einheit in einem galvanischen System. Wenn mehr als eine Zelle in Reihe oder parallel geschaltet ist, nennt man diese Anordnung eine Batterie. Wesentliche Bestandteile einer Zelle sind die positive Elektrode oder Platte (Kathode), die negative Elektrode oder Platte (Anode), der Elektrolyt und andere inaktive Komponenten wie Behälter, Separator, Kleinteile wie Stromschienen, Pfosten, Klemmen usw.
Galvanische Zellen werden in primäre und sekundäre (oder wiederaufladbare oder Speicher-) Zellen unterteilt. In den
Primärzellen,
können die Reaktionen nicht mehr rückgängig gemacht werden, wenn die Entladung aufgrund der Erschöpfung der aktiven Materialien beendet ist, während bei der
sekundäre Zellen
können die aktiven Materialien in den vorherigen Zustand zurückversetzt werden, indem Strom in die Zelle in umgekehrter Richtung geleitet wird.
Bekannte Beispiele für Primärzellen sind Zellen, die in Armbanduhren, elektrischen Taschenlampen und vielen Steuerungen wie Fernseh- und Wechselstromfernbedienungen verwendet werden. Beispiele für Sekundärbatterien sind die allgegenwärtige Blei-Säure-Batterie, die zum Starten von Autos und für Heiminverter/USV verwendet wird, sowie Ni-Cd-, Ni-MH- und Li-Ionen-Zellen. Brennstoffzellen unterscheiden sich von (Primär-)Batterien in dem Sinne, dass die reaktiven Bestandteile von außen zugeführt werden, während sie in Batterien nicht vorhanden sind.
Potentiale von Elektroden (Halbzellen) und Spannung einer Zelle und masseunabhängige Einheit von galvanischen Zellen:
Das Potenzial (Spannung) einer Elektrode ist eine grundlegende elektrochemische Eigenschaft, deren Wert nicht von der Menge des Elektrodenmaterials abhängt. Thermodynamisch gesehen handelt es sich um eine intensive Eigenschaft im Gegensatz zur Kapazität (die eine extensive Eigenschaft ist) einer Elektrode, die von der Masse des darin enthaltenen aktiven Materials abhängt.
Die Spannung einer Zelle ist die Kombination der beiden Elektrodenpotentiale oder Spannungswerte der Anode (negative Elektrode oder Platte) und der Kathode (positive Elektrode oder Platte). Die Potenzialwerte negativer Elektroden sind immer negativ (sie liegen in der EMK-Reihe unter Null Volt, siehe Normenlehrbücher oder Handbücher). Die Null Volt bezieht sich auf das Standard-Elektrodenpotential der Wasserstoff-Elektrode (SHE).
Bei den negativen Elektrodenmaterialien handelt es sich ausnahmslos um Metalle oder Legierungen, mit wenigen Ausnahmen wie Kohlenstoff und Wasserstoff, die das negative aktive Material in Ni-MH- und Ni-H2-Zellen darstellen. Die Kathoden haben ein positives Potenzial und bestehen zumeist aus Oxiden, Halogeniden, Sulfiden usw., mit Ausnahme von Sauerstoff, der in Metall-Luft-Zellen als aktives Material der Kathode dient. In der Zelle sollte ein Elektrolyt vorhanden sein, der die Ionen leitet.
Die Spannung ist die treibende Kraft für den Strom. Es ist eine Kombination (algebraische Differenz) der beiden Werte des positiven und des negativen Potenzials. Die Spannung kann mit der Höhe eines Wassertanks oder dem Wasserstand im Tank verglichen werden und der Strom mit dem Durchmesser des Rohrs, das aus dem Tank kommt. Je höher der Wasserstand im Tank ist, desto schneller läuft das Wasser aus. Je größer der Durchmesser des Rohrs ist, desto größer ist auch die Wassermenge, die herauskommt.
Wie bestimmt man die Spannung einer Zelle?
Die Zellspannung kann aus den Potenzialwerten der beiden Elektroden bestimmt oder mit Hilfe der Gibbs-Gleichung und der freien Standard-Gibbs-Bildungsenergie (Δ
f
G˚). Die standardmäßige freie Gibbs’sche Bildungsenergie einer Verbindung ist die Änderung der freien Gibbs-Energie, die mit der Bildung von 1 Mol eines Stoffes in seinem Standardzustand aus seinen Bestandteilen in ihren Standardzuständen einhergeht (die stabilste Form des Elements bei 1 bar Druck und der angegebenen Temperatur, normalerweise 298,15 K oder 25 °C).
Gibbssche freie Energie (G)
In der Thermodynamik ist die freie Gibbs-Energie ein Maß für die Arbeit, die einem System entzogen werden kann, und im Fall von Batterien wird die Arbeit durch die Freisetzung von Ionen an einer Elektrode (Anode) und die anschließende Bewegung zur anderen Elektrode (Kathode) geleistet. Die Energieänderung entspricht im Wesentlichen der geleisteten Arbeit, und im Fall der galvanischen Zelle wird die elektrische Arbeit durch die Bewegung der Ionen aufgrund der chemischen Wechselwirkung zwischen den Reaktanten geleistet, wodurch die Produkte entstehen. Die Energie wird also in Form von ΔG angegeben, der Änderung der freien Gibb’schen Energie, die die maximale Menge an chemischer Energie darstellt, die bei den Energieumwandlungsprozessen gewonnen werden kann.
Jedes Mal, wenn eine Reaktion stattfindet, ändert sich die freie Energie des Systems:
∆G = – nFE°
wobei F = die Faraday-Konstante (96,485 C oder 26,8 Ah)
n = Anzahl der an der stöchiometrischen Reaktion beteiligten Elektronen
E°= Standardpotential, V.
Die Werte von ∆G können aus den anderen drei Werten n, F und E berechnet werden.
Die Zellenspannung einer galvanischen Zelle lässt sich aus dem folgenden Ausdruck errechnen
ΔG° = ΣΔG°
f Produkte
– ΣΔG°
f Reaktanten
Die molaren Standardbildungsenergien können aus Standardlehrbüchern entnommen werden [Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, S.366].
PbO2 + Pb + 2H2SO4 ⇄ 2PbSO4 + 2H2O
ΔG° = ΣΔG°
f Produkte
– ΣΔG°
f Reaktanten
∆Gº = [2(-193,89) + 2(-56,69)] – [(-52,34) + 0 – 2(-177,34)]
= -94,14 kcal/Mol
= -94,14 kcal / Mol × 4,184 kJ / Mol
= -393,88 kJ/Mol
Eº = -ΔGº/nF
= –(-393.88 × 1000) / 2 × 96485
= 2.04 V
Der entsprechende Anstieg der freien Energie ist gleich der elektrischen Arbeit, die am System verrichtet wird. Folglich,
-ΔG = nFE oder ΔG = -nFE und ΔGº = -nFEº.
Zellspannung aus Elektrodenpotentialen
Die Kombination der beiden Elektrodenpotentiale ergibt die Zellspannung:
Ecell =Ökathode oder positive Elektrode – E Anode oder negative Elektrode
Oder E-Zelle =EPP –ENP
Nach den Konventionen der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) von 1953 und 1968 ist eine galvanische Zelle so beschaffen, dass die dierechte Handelektrode (RHE) ist die positive Elektrode, wobei Reduktion auftritt und die Dielinke Elektrode ist die negative Elektrode, wobei es kommt zurOxidation und die Elektronen fließen von links nach rechts [McNicol B.D; Rand, D.A.J in McNicol B.D; Rand, D.A.J (ed.) Power Sources for Electric Vehicles, Chapter 4, Elsevier, Amsterdam, 1984]. Der RHE ist die Kathode und der LHE ist die Anode
Ecell =ERHE –ELHE
Die Werte für die Elektrodenpotentiale können aus Lehr- und Handbüchern entnommen werden.
Zellspannung aus Elektrodenpotentialen für Blei-Säure-Zellen
Ecell =Ökathode oder positive Elektrode – E Anode oder negative Elektrode
LHE Pb½H2SO4½H2SO4½PbO2 RHE
RHE ist Kathode E°
Drehzahl
= 1,69 V für Pb4+ + 2e ⇄ Pb2+ und
LHE-Anode E°
Rev
= -0,358 V für Pbº – 2e _ Pb2+
Ecell = 1,69 – (-0,358) = 2,048 V.
Zellspannung aus Elektrodenpotentialen für Ni-Cd-Zellen
RHE Cd|KOH|KOH|NiOOH LHE
LHE E°
Rev.
= 0,49 für NiOOH +2e ⇄Ni(OH)
RHE E°
Rev
= – 0,828 V für Cd ⇄ Cd2+ +2e
Ecell =0,49 V – (- 0,828) = 1,318 V
Der E°
Rev
der Nickelelektrode unter Standardbedingungen beträgt 0,49 V. E°
Rev
der MH-Elektrode hängt vom Partialdruck der hydridbildenden Stoffe ab, gemäß
2MH ⇄ 2M + H2 ↑
Der bevorzugte Wasserstoffpartialdruck der MH-Elektrode liegt in der Größenordnung von 0,01 bar, E°
Rev
liegt im Allgemeinen zwischen -0,930 und -0,860 V. Daher
Ecell =0,49 V – (- 0,89) = 1,3 V.
Zellspannung aus Elektrodenpotentialen für die Li-Ionen-Zelle der LCO-Chemie
RHE C | LiPF6 in DMC +DEC +PC | LiCoO2 LHE
RHE E°
Rev.
= 0,1 V (gegen Li-Metall) für LiC6 ⇄ xLi+ + xe +C6
LHE E°
Rev.
= 3,8 V (gegen Li-Metall) für Li1-xCoO2 + xe
Entladung →
LiCoO2
Die Gesamtreaktion istC6 +LiCoO2 ⇄LixC6 + Li1-xCoO2
Ecell = 3,8 – (0,1) = 3,7 V.
Zellspannung aus Elektrodenpotentialen für Li-Ionen-Zellen der LiFePO4-Chemie
RHE C | LiPF6 oder LiODFB in (EC+EMC+DEC) | LiFePO4 LHE
RHE E°
Rev.
= 0,1 V (gegen Li-Metall) für LiC6 ⇄ xLi+ + xe +C6
LHE E°
Rev.
= 3,5 V (gegen Li-Metall) für FePO4 + xe + xLi+ =
Entladung →
xLiFePO4 + (1-x) FePO4
LIODFB = Lithiumdifluor(oxalato)borat
Die Gesamtreaktion LiFePO4 + 6C →LiC6 + FePO4
Ecell = 3,3 – (0,1) = 3,2 V
Massenabhängige Größen von galvanischen Zellen: Strom, Leistung und Energie
Die Leistung wird in der Einheit Watt angegeben, und der Zeitfaktor spielt bei der Leistung keine Rolle.
P = W = V*A
Die Energie bezieht sich auf die über einen bestimmten Zeitraum verbrauchte Leistung, so dass die Einheit Stunden umfasst.
Energie 1 W.Sekunde = 1 Joule
Energie = Wh = W*h = V*A*h = 3600 Joule.
1 kWh = 1000 Wh.
Die Kapazität ist die Menge an Strom (Ah), die eine Batterie liefern kann.
Wenn zwei der Begriffe in Wh oder kWh angegeben sind, kann der jeweils andere berechnet werden (Wh = VAh).
850 Wh einer 12-V-Batterie können 850 Wh/12 V = 71 Ah liefern. Die Dauer, über die diese 71 Ah entnommen werden können, hängt nicht nur vom Strom, sondern auch von der Art der Chemie ab. Eine Li-Ionen-Batterie kann beispielsweise 1 Stunde lang 70 A liefern. Die Blei-Säure-Batterie hingegen hält bis zu 1 Stunde durch, wenn der Entladestrom 35 A beträgt. Eine VRLA-Batterie kann jedoch nur 70 A für etwas weniger als 40 Minuten liefern.
Die von einer Li-Ionen-Zelle bei 70 A gelieferte Leistung ist 70 A*3,6 V= 252 W.
Die von einer Blei-Säure-Zelle bei 70 A abgegebene Leistung ist jedoch 70 A* 1,9 V= 133 W.
Man sieht, dass die Li-Ionen-Zelle bei gleichem Strom eine höhere Leistung pro Zelle liefern kann.
Ähnlich verhält es sich mit der Energie, die eine Li-Ionen-Zelle bei 70 A = 70 A*3,6 V *1h= 252 Wh liefert.
Aber die von einer VR-Bleisäurezelle bei 70 A gelieferte Energie ist 70 A* 1,9 V * 0,66 h= 88 Wh.
Wir sehen, dass die Li-Ionen-Zelle bei gleichem Strom mehr Energie pro Zelle liefern kann
Diespezifische Kapazität ist Ah pro Gewichtseinheit (Ah/kg oder mAh/g).
Diespezifische Energie ist die Wh pro Gewichtseinheit (Wh/kg).
DieEnergiedichte ist das Wh pro Volumeneinheit (Wh/Liter).
Anmerkung:
Der Begriff gravimetrische Energiedichte wurde durch spezifische Energie und die volumetrische Energiedichte durch Energiedichteersetzt.
Elektrochemie - Theoretische spezifische Kapazität und theoretische spezifische Energie von elektrodenaktiven Materialien
Die Einheit der Elektrizität ist das Coulomb, das 1 Amperesekunde (A.s) entspricht. Die Faraday-Konstante (F) gibt die Ladungsmenge an, die von 1 Mol Elektronen getragen wird. Da ein Elektron eine Ladung von 1,602 x 10-19 Coulomb (C) hat, müsste ein Mol Elektronen eine Ladung von 96485 C/Mol haben.
1 F = 1(6,02214 *1023) * (1,60218*10-19 C) = 96485 C (d. h. 96485 C/Mol).
6,02214 *1023 ist die Avogadro-Zahl (Avogadro-Konstante), die definiert ist als die Anzahl der Atome, Mole oder Ionen in einem Mol des betreffenden Stoffes. Sie ist nützlich, um die Masse eines Stoffes mit der Anzahl der Teilchen in diesem Stoff in Beziehung zu setzen. Somit enthalten 0,2 Mol eines beliebigen Stoffes 0,2 *Avogadro-Zahl der Teilchen. Die Ladung eines Elektrons beträgt nach modernen Experimenten 1,60217653 x 10-19 Coulombs pro Elektron. Wenn man die Ladung eines Mols Elektronen durch die Ladung eines einzelnen Elektrons teilt, erhält man einen Wert für die Avogadro-Zahl von 6,02214154 x 1023 Teilchen pro Mol[https://www.scientificamerican.com/article/how-was-avogadros-number/].
1 F 96485 C/mol = 96485 A.s/60*60 s = 26,8014 Ah/mol
Spezifische Kapazität und spezifische Energie für Bleisäurezellen
Das Molekulargewicht oder das Atomgewicht in Gramm geteilt durch die Anzahl der an der Reaktion beteiligten Elektronen ergibt das Grammäquivalent des jeweiligen Stoffes. Ein Gramm Äquivalent liefert 96.485 Coulomb (die meisten Autoren runden es auf 96.500 C ab), was 26,8014 Ah entspricht.
207,2 g Bleimetall können mit 2F Strom = 2× 26,8014 Ah = 53,603 Ah umgerechnet werden. (Reaktion: Pb →Pb2+ + 2e-).
Daher ist die Menge an negativem aktivem Material (NAM) in einer Blei-Säure-Zelle, die für 1 Ah benötigt wird (bekannt als
Kapazität-Dichte
) = 207,2 / 53,603 = 3,866 g /Ah[Bode, Hans, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, S.292].
Der Kehrwert der Kapazitätsdichte wird als die
spezifische Kapazität
Spezifische Kapazität = nF / Molekulargewicht oder Atommasse. (n= Anzahl der an der Reaktion beteiligten Elektronen).
Die spezifische Kapazität des negativen aktiven Materials
Die spezifische Kapazität des negativen aktiven Materials (NAM), Pb = 56,3/207,2 = 0,259 mAh /g = 259 Ah/kg. Dieser Wert, multipliziert mit dem Gleichgewichtspotential der Zelle, ist Theoretisch
Spezifische Energie
. Theoretische spezifische Energie von NAM-Blei = 259*2,04 V = 528,36 Wh/kg
Die spezifische Kapazität von positivem aktivem Material (PAM)
In ähnlicher Weise ist die Menge an positivem aktivem Material in einer Blei-Säure-Zelle, die für 1 Ah benötigt wird (bekannt als
Kapazitätsdichte
) = 239,2 / 53,603 = 4,46 g /Ah.
Die spezifische Kapazität des positiven aktiven Materials (PAM), PbO2 = 56,3/239 = 0,224 mAh /g = 224 Ah/kg. Theoretische spezifische Energie von PAM Bleidioxid = 224*2,04 V = 456,96 Wh/kg.
Lithium-Ionen-Zelle
Spezifische Kapazität und spezifische Energie für Li-Ionen-Zellen mit Kohlenstoffanode
Spezifische Kapazität von LiC6 = xF/n*Molekulargewicht
= 1 * 26,8/ 1*72 mAh/g (stöchiometrisch werden 72 g C für 1
Mol Li-Speicher zur Bildung von LiC6. Da das Li von der LCO-Kathode zur Verfügung steht, wird seine Masse nicht in die Gesamtmasse der Anode eingerechnet. Es wird nur Kohlenstoff berücksichtigt. X = 1; 100 % Interkalation von Li+)
= 0,372 Ah/g
= 372 mAh/g = 372 Ah/kg
Spezifische Energie LiC6 = 372*3,7 V
= 1376 Wh/kg
Spezifische Kapazität und spezifische Energie für LiCoO2 (LCO)
Spezifische Kapazität LiCoO2
= 0,5 Li+ + 0,5 e + Li0,5 CoO2 (x= 0,5, 50 % Einlagerung von Li+)
= xF/n*Mol Gewicht
=0,5*26,8/ 1 * 98 Li= 6,94 Co = 58,93 2 O= 32
= 13,4 / 98 Ah/g = 0,1368 Ah/kg
= 137 mAh/g = 137 Ah/kg.
Spezifische Energie von LiCoO2 = 137*3,7 V = 507 Wh/kg (x= 0,5, 50 % Interkalation von Li+)
Wird der Wert x als 1 angenommen, verdoppelt sich die spezifische Kapazität, 137*2= 274 mAh/g = 274 Ah/kg
Spezifische Energie von
LiCoO2
= 274 *3,7 V (x= 1. Vollständige (100 %) Interkalation von Li+)
= 1013 Wh/kg
Spezifische Kapazität und spezifische Energie für LiFePO4
Spezifische Kapazität von LiFePO4
= xF/n*Mol Gewicht
= 26,8/157,75 = 169,9 mAh/g = 170 mAh/g = 170 Ah/kg
Spezifische Energie von LiFePO4 = 170*3,2 V = 544 Wh/kg
Elektrochemie - Theoretische spezifische Energie einer Zelle
Die maximale spezifische Energie, die aus einer elektrochemischen Stromquelle gewonnen werden kann, ist gegeben durch:
Theoretische spezifische Energie = 26,8015× (
nE/
Σmol) Wh/kg, wobei n und E die üblichen Bezeichnungen haben: n, die Anzahl der an der Reaktion beteiligten Elektronen und E, die Zellspannung.
Hinweis
- Smoles bezieht sich auf die Summierung aller Reaktanten und man muss sich nicht um die Produkte kümmern
- Da die Einheit in Wh / kg angegeben wird (auch als Wh kg -1 geschrieben), ist das Gesamtgewicht in kg anzugeben.
Die spezifische Energie der Blei-Säure-Zelle
Zur Berechnung der theoretischen spezifischen Energie wird ein bekanntes Beispiel herangezogen.
Zunächst müssen wir die Reaktion aufschreiben und die molaren Werte der Reaktanten berechnen. Wir brauchen uns keine Sorgen um die Produkte zu machen. Bei einer Blei-Säure-Batterie verläuft die Reaktion folgendermaßen:
PbO2 + Pb + 2H2SO4 ⇄ 2PbSO4 + 2H2O Eº = 2,04 V.
ΣMol = 239 +207+ 2*98 in g
= 0,642 kg
Theoretische spezifische Energie = 26,8×(nE/Σmoles ) Wh/kg
= 26,8*(2*2,04/0,642) Wh/kg
= 26,8015*(6,3551) Wh/kg
= 170,3 Wh/kg.
Nach Tobias Placke[J Solid State Electrochem (2017) 21:1939-1964] kann die spezifische Energie für eine Blei-Säure-Zelle auch wie unten angegeben berechnet werden:
Spezifische Energie einer Zelle =
=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 Wh/kg
Die spezifische Energie der Ni-Cd-Zelle
2NiOOH + Cd ⇄ 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 Eº = 1,33 V
Theoretische spezifische Energie = 26,8×(nE/Σmoles ) Wh/kg
= 26,8*(2*1,33/0,296) Wh/kg
= 26,8015*(8,9865) Wh/kg
= 240,8 Wh/kg
Der wässrige KOH-Elektrolyt in diesen alkalischen Zellen ist nicht an der Zellreaktion beteiligt und
daher bei der Berechnung der spezifischen Energiewerte nicht berücksichtigt werden. Aber einige Autoren
möchte das Gewicht des Wassers in die Berechnung einbeziehen.
Dann würde die spezifische Energie auf 214,8 Wh/kg sinken, wenn die ΣMole ersetzt werden durch
0.332. Das Ergebnis ist 214,8 Wh/ kg.
Die spezifische Energie der LiFePO4-Zelle
(x=1. 100 % Interkalation)
= 26,8015×(nE/Σmol ) Wh/kg
= 26,8 [(1*3,2)/(72+157,75) LiFePO4 + 6C + Null Li
= 26.8[(1*3.2)/(229.75)] = 26.8*0.013928
= 0,37329 Wh/g
= 373 Wh/kg
Die spezifische Energie der LCO-Zelle
(x=1; 100% Interkalation)
= 26,8015× Wh/kg 169,87
= 26,8 [(1*3,7)/(72+97,87)] LiCoO2 + 6C + Null Li
= 26.8 *[(3.7)/(169.87)]
= 26.8 *0.02178
= 0,58377 Wh/g
= 584 Wh/kg
Wenn x = 0,5 (50 % Einlagerung von Li-Ionen) ist, muss 26,8 durch die Hälfte dieses Wertes, d. h. 13,4, ersetzt werden. Das Ergebnis wäre 584/2 = 292 Wh/kg.
Praktische (tatsächliche) spezifische Energie einer Zelle/Batterie
https://pushevs.com/2015/11/04/gs-yuasa-improved-cells-lev50-vs-lev50n/
Spezifische Energie einer Batterie in Echtzeit = (mittlere Spannung * Ah) / (Masse der Batterie)
= (3,7 V*50 Ah1) / 1,7 kg (Yuasa LEV50 Einzelzelle)
= 185 /1.7
= 108,8 Wh/kg
= (14,8*50)/ 7,5 (Yuasa LEV50-4 Batterie)
= 98,7 Wh/kg
Echtzeit-Energiedichte einer Batterie = Wh/Volumen = 17,1*4,4*11,5 = 865 cc
= 185/0,865 = 214 Wh/Liter
= Wh/Volumen = 17,5*19,4*11,6 = 3938 cc = 3,94 Liter
= 14,8*50 / 3,94 = 187 Wh / Liter
Die spezifische Energie verringert sich bei der Umwandlung von Zellen in Batterien (Low kWh) um etwa 10 % und die Energiedichte bei der Umwandlung von Zellen in Batterien (Low kWh) um etwa 13 %.
