इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री परिभाषा
इलेक्ट्रोकेमिकल पावर स्रोतों या बैटरी का अध्ययन इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के अंतर-अनुशासनात्मक विषय के तहत किया जाता है, जो इलेक्ट्रॉनिक कंडक्टर (सक्रिय सामग्री) और आयनिक कंडक्टर (इलेक्ट्रोलाइट) के इंटरफेस पर होने वाली प्रतिक्रियाओं से संबंधित है, रासायनिक कोशिकाओं से विद्युत ऊर्जा का उत्पादन (या रासायनिक ऊर्जा का रूपांतरण) विद्युत ऊर्जा में) और इसकी विपरीत प्रतिक्रिया जहां रासायनिक परिवर्तनों के लिए इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं को नियोजित किया जाता है।
विद्युत रासायनिक ऊर्जा स्रोत (बैटरी)
बैटरी में ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रियाएं ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाओं (रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं) पर आधारित होती हैं। कोशिकाओं को इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं और गैल्वेनिक कोशिकाओं में वर्गीकृत किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के उदाहरण एल्युमिनियम, मैग्नीशियम आदि धातुओं के निष्कर्षण के लिए उपयोग की जाने वाली कोशिकाएं और चार्ज होने पर बैटरी हैं। गैल्वेनिक सेल या बैटरियां इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के विपरीत हमें करंट पहुंचाने में सक्षम हैं, जिसमें होने वाली प्रतिक्रिया के लिए हमें करंट पास करना होता है।
ऑक्सीकरण का सीधा सा अर्थ है इलेक्ट्रॉन/इलेक्ट्रॉनों को हटाना (डिस्चार्ज प्रतिक्रिया के दौरान एनोड से) और कमी एक बाहरी सर्किट के माध्यम से इन इलेक्ट्रॉनों को अन्य इलेक्ट्रोड (कैथोड) में जोड़ने की प्रक्रिया है, एक आयनिक रूप से संचालित इलेक्ट्रोलाइट आयन हस्तांतरण का माध्यम है। कोश। सेल डिस्चार्ज के दौरान, इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट के माध्यम से एनोड (नकारात्मक प्लेट) से कैथोड (पॉजिटिव प्लेट) तक जाते हैं और रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए आयन कोशिका के अंदर प्रवाहित होते हैं।
एनोड के विशिष्ट उदाहरण हैं:
ली → ली + + ई –
पंजाब → पंजाब 2+ + 2e –
Zn → Zn 2+ + 2e –
कैथोड के उदाहरण हैं:
PbO 2 Pb 2+ +2e – (लीड-एसिड बैटरी)
LiFePO 4 (ली-आयरन सल्फेट बैटरी)
NiOOH + 2e – Ni(OH) 2 (Ni-कैडमियम बैटरी)
Cl 2 + 2e ⇄ 2Cl – (जिंक-क्लोरीन बैटरी)
Br 2 + 2e 2Br – (जिंक-ब्रोमीन बैटरी)
प्राथमिक और द्वितीयक कोशिकाएँ - इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री
एक सेल गैल्वेनिक सिस्टम की एक स्वतंत्र इकाई है। जब एक से अधिक सेल या तो श्रृंखला या समानांतर फैशन में जुड़े होते हैं, तो इस व्यवस्था को बैटरी कहा जाता है। एक सेल के आवश्यक घटक सकारात्मक इलेक्ट्रोड या प्लेट (कैथोड), नकारात्मक इलेक्ट्रोड या प्लेट (एनोड), इलेक्ट्रोलाइट और अन्य निष्क्रिय घटक जैसे कंटेनर, विभाजक, बस बार, स्तंभ पोस्ट, टर्मिनल पोस्ट आदि जैसे छोटे हिस्से हैं।
गैल्वेनिक कोशिकाओं को प्राथमिक और माध्यमिक (या रिचार्जेबल या भंडारण) कोशिकाओं में वर्गीकृत किया जाता है। प्राथमिक कोशिकाओं में, सक्रिय सामग्री की थकावट के कारण निर्वहन समाप्त हो जाने के बाद प्रतिक्रियाओं को उलट नहीं किया जा सकता है, जबकि माध्यमिक कोशिकाओं में सक्रिय सामग्री को सेल में करंट पास करके पिछली स्थिति में वापस लाया जा सकता है। उल्टी दिशा।
प्राथमिक कोशिकाओं के परिचित उदाहरण कलाई घड़ी, बिजली के टॉर्च और टीवी रिमोट और एसी रिमोट जैसे कई नियंत्रण में उपयोग की जाने वाली कोशिकाएं हैं। ऑटोमोबाइल और होम इनवर्टर/यूपीएस और नी-सीडी, नी-एमएच और ली-आयन सेल शुरू करने के लिए उपयोग की जाने वाली सर्वव्यापी लीड-एसिड बैटरी माध्यमिक बैटरी के उदाहरण हैं। ईंधन सेल (प्राथमिक) बैटरियों से इस अर्थ में भिन्न होते हैं कि प्रतिक्रियाशील घटकों को बैटरी के अंदर उसी की उपलब्धता के मुकाबले बाहर से खिलाया जाता है।
इलेक्ट्रोड की क्षमता (आधा सेल) और एक सेल के वोल्टेज और गैल्वेनिक कोशिकाओं की द्रव्यमान-स्वतंत्र इकाई:
इलेक्ट्रोड की क्षमता (वोल्टेज) एक मौलिक विद्युत रासायनिक गुण है और इसका मूल्य इलेक्ट्रोड सामग्री की मात्रा पर निर्भर नहीं करता है। थर्मोडायनामिक रूप से यह एक इलेक्ट्रोड की क्षमता (जो एक व्यापक संपत्ति है) के मुकाबले एक गहन संपत्ति है जो इसमें शामिल सक्रिय सामग्री के द्रव्यमान पर निर्भर करती है।
सेल का वोल्टेज दो इलेक्ट्रोड क्षमता या एनोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड या प्लेट) और कैथोड (सकारात्मक इलेक्ट्रोड या प्लेट) के वोल्टेज मूल्यों का संयोजन है। नकारात्मक इलेक्ट्रोड के संभावित मान हमेशा नकारात्मक होते हैं (ईएमएफ श्रृंखला में शून्य वोल्ट से नीचे, मानक पाठ्यपुस्तकें या हैंडबुक देखें)। शून्य वोल्ट हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (एसएचई) की मानक इलेक्ट्रोड क्षमता को संदर्भित करता है।
कार्बन और हाइड्रोजन जैसे कुछ अपवादों के साथ नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री हमेशा धातु या मिश्र धातु होती है, जो नी-एमएच और नी-एच 2 कोशिकाओं में नकारात्मक सक्रिय सामग्री होती है। कैथोड में सकारात्मक क्षमता होती है और वे ज्यादातर ऑक्साइड, हैलाइड, सल्फाइड आदि होते हैं, ऑक्सीजन के अपवाद के साथ जो धातु-वायु कोशिकाओं में कैथोड सक्रिय सामग्री के रूप में कार्य करता है। सेल के अंदर आयनों के संचालन के लिए इलेक्ट्रोलाइट होना चाहिए।
वोल्टेज वर्तमान के लिए प्रेरक शक्ति है। यह धनात्मक और ऋणात्मक विभवों के दो मानों का संयोजन (बीजीय अंतर) है। वोल्टेज की तुलना पानी की टंकी की ऊंचाई या टैंक में पानी के स्तर और टैंक से निकलने वाले पाइप के व्यास से की जा सकती है। टंकी में पानी का स्तर जितना अधिक होगा, पानी उतनी ही तेजी से बाहर निकलेगा। इसी तरह, पाइप का व्यास जितना अधिक होगा, पानी का आयतन उतना ही अधिक होगा।
सेल के वोल्टेज का निर्धारण कैसे करें?
सेल वोल्टेज को दो इलेक्ट्रोड संभावित मूल्यों से निर्धारित किया जा सकता है या इसे गिब्स समीकरण और मानक गिब्स के गठन की मुक्त ऊर्जा (Δ एफ जी ˚) का उपयोग करके गणना की जा सकती है। मानक गिब्स गठन की मुक्त ऊर्जा एक यौगिक का गिब्स मुक्त ऊर्जा का परिवर्तन है जो अपने मानक राज्यों में अपने घटक तत्वों से अपने मानक राज्य में पदार्थ के 1 मोल के गठन के साथ होता है (दबाव के 1 बार और निर्दिष्ट तापमान पर तत्व का सबसे स्थिर रूप, आमतौर पर 298.15 के या 25 डिग्री सेल्सियस)।
गिब्स मुक्त ऊर्जा (जी)
ऊष्मप्रवैगिकी में, गिब्स मुक्त ऊर्जा उस कार्य का एक माप है जिसे एक सिस्टम से निकाला जा सकता है और बैटरी के मामले में, एक इलेक्ट्रोड (एनोड) पर आयनों को मुक्त करके काम किया जाता है, जिसके बाद दूसरे (कैथोड) की गति होती है। ऊर्जा में परिवर्तन मुख्य रूप से किए गए कार्य के बराबर होता है, और गैल्वेनिक सेल के मामले में, उत्पादों को जन्म देने के लिए अभिकारकों के बीच रासायनिक संपर्क के कारण आयनों की गति के माध्यम से विद्युत कार्य किया जाता है। इसलिए, ऊर्जा Δ जी के संदर्भ में दी जाती है, गिब की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन , जो ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रियाओं के दौरान प्राप्त की जा सकने वाली रासायनिक ऊर्जा की अधिकतम मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है।
जब भी कोई प्रतिक्रिया होती है, तंत्र की मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन होता है:
जी = – एनएफई°
जहां एफ = स्थिरांक फैराडे के रूप में जाना जाता है (96,485 सी या 26.8 आह)
n = स्टोइकोमेट्रिक प्रतिक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या
ई ° = मानक क्षमता, वी।
∆G का मान अन्य तीन मानों n, F और E से परिकलित किया जा सकता है।
गैल्वेनिक सेल के सेल वोल्टेज की गणना व्यंजक से की जा सकती है
G° = ΣΔG° f उत्पाद – ΣΔG° f अभिकारक
गठन की मानक दाढ़ मुक्त ऊर्जा मानक पाठ्य पुस्तकों से प्राप्त की जा सकती है [हंस बोडे, लेड-एसिड बैटरीज, जॉन विले, न्यूयॉर्क, 1977, पृष्ठ 366]।
पीबीओ 2 + पीबी + 2 एच 2 एसओ 4 ⇄ 2 पीबीएसओ 4 + 2 एच 2 ओ
G° = ΣΔG° f उत्पाद – ΣΔG° f अभिकारक
∆Gº = [2( − 193 . 89) + 2( – 56 . 69)] – [( − 52 . 34) + 0 – 2( − 177 . 34)]
= – 94 । 14 किलो कैलोरी / मोल
= – 94 । 14 किलो कैलोरी / मोल × 4 । 184 kJ / मोल
= – 393 । 88 केजे / तिल
ई º = – Δ जीº/एनएफ
= – ( – 393 । 88 × 1000) / 2 × 96485
= 2 । 04 वी
मुक्त ऊर्जा में तदनुरूपी वृद्धि तंत्र पर किए गए विद्युत कार्य के बराबर होती है। इसलिये,
−ΔG = nFE या ΔG = −nFE और ΔGº = −nFEº।
इलेक्ट्रोड क्षमता से सेल वोल्टेज
दो इलेक्ट्रोड क्षमता का संयोजन सेल वोल्टेज देगा:
ई सेल = ई कैथोड या सकारात्मक इलेक्ट्रोड – ई एनोड या नकारात्मक इलेक्ट्रोड
या ई सेल = ई पीपी – ई एनपी
1953 और 1968 के इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (IUPAC) सम्मेलनों के अनुसार, एक गैल्वेनिक सेल को इस तरह से लिखा जाता है कि दाहिने हाथ का इलेक्ट्रोड (RHE) धनात्मक इलेक्ट्रोड है जहाँ कमी होती है और बाएं हाथ का इलेक्ट्रोड ऋणात्मक इलेक्ट्रोड है, जहां ऑक्सीकरण होता है और इलेक्ट्रॉन बाएं से दाएं प्रवाहित होते हैं [ मैकनिकोल बीडी; मैकनिकोल बीडी में रैंड, डीएजे; रैंड, डीएजे (सं.) इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए शक्ति के स्रोत, अध्याय 4, एल्सेवियर, एम्स्टर्डम, 1984 ] । RHE कैथोड है और LHE एनोड है
ई सेल = ई आरएचई – ई एलएचई
इलेक्ट्रोड विभव का मान पाठ्यपुस्तकों और हस्तपुस्तिकाओं से प्राप्त किया जा सकता है।
लीड-एसिड सेल के लिए इलेक्ट्रोड क्षमता से सेल वोल्टेज
ई सेल = ई कैथोड या सकारात्मक इलेक्ट्रोड – ई एनोड या नकारात्मक इलेक्ट्रोड
एलएचई पंजाब 2 SO 4 ½H 2 SO4½PbO 2 RHE
RHE कैथोड E ° Rev = 1.69 V Pb 4 + + 2e ⇄ Pb 2+ के लिए है और
एलएचई एनोड ई ° रेव = -0.358 वी पीबी – 2e _ पीबी 2+ के लिए
ई सेल = 1.69 – (-0.358) = 2.048 वी.
नी-सीडी सेल के लिए इलेक्ट्रोड क्षमता से सेल वोल्टेज
आरएचई सीडी|कोह|कोह|निओह एलएचई
एलएचई ई ° रेव = 0.49 NiOOH +2e Ni(OH) के लिए
सीडी सीडी 2+ +2e . के लिए आरएचई ई ° रेव = – 0.828 वी
ई सेल = 0 । 49 वी – ( – 0। 828) = 1 । 318 वी
मानक परिस्थितियों में निकल इलेक्ट्रोड का ई ° रेव 0.49 वी है। एमएच इलेक्ट्रोड का ई ° रेव हाइड्राइड बनाने वाली सामग्री के आंशिक दबाव पर निर्भर करता है, के अनुसार
2MH 2M + H 2
एमएच इलेक्ट्रोड का पसंदीदा आंशिक हाइड्रोजन दबाव 0.01 बार के क्रम का है, ई ° रेव आमतौर पर -0.930 और -0.860 वी के बीच होता है। तो
ई सेल = 0 । 49 वी – ( – 0। 89) = 1 । 3 वी.
एलसीओ रसायन विज्ञान के ली-आयन सेल के लिए इलेक्ट्रोड क्षमता से सेल वोल्टेज
आरएचई सी | डीएमसी +डीईसी +पीसी में एलआईपीएफ 6 | लीकू 2 एलएचई
LiC 6 xLi + + xe + C 6 के लिए RHE E ° Rev = 0.1 V (बनाम ली धातु)
एलएचई ई ° रेव = 3.8 वी (बनाम ली धातु) ली 1-एक्स सीओओ 2 + एक्सई डिस्चार्ज → लीकोओ 2 के लिए
कुल प्रतिक्रिया C6 +LiCoO 2 ⇄Li x C 6 + Li 1-x CoO 2 . है
ई सेल = 3.8 – (0.1) = 3.7 वी.
LiFePO4 रसायन शास्त्र के ली-आयन सेल के लिए इलेक्ट्रोड क्षमता से सेल वोल्टेज
आरएचई सी | LiPF 6 या LiODFB (EC+EMC+DEC) में | लीफेपो 4 एलएचई
LiC 6 xLi + + xe + C 6 के लिए RHE E ° Rev = 0.1 V (बनाम ली धातु)
FePO 4 + xe + xLi + = डिस्चार्ज → xLiFePO 4 + (1-x) FePO 4 के लिए LHE E ° Rev = 3.5 V (बनाम ली मेटल)
LIODFB = लिथियम difluoro(oxalato)borate
कुल प्रतिक्रिया LiFePO 4 + 6C →LiC 6 + FePO 4
ई सेल = 3.3 – (0.1) = 3.2 वी
गैल्वेनिक कोशिकाओं की द्रव्यमान-निर्भर मात्रा: वर्तमान, शक्ति और ऊर्जा
वाट की इकाई में शक्ति दी जाती है और शक्ति में समय कारक शामिल नहीं होता है।
पी = डब्ल्यू = वी * ए
ऊर्जा समय की अवधि में खर्च की गई शक्ति को संदर्भित करती है और इसलिए इकाई में घंटे शामिल होते हैं।
ऊर्जा 1 W.सेकंड = 1 जूल
ऊर्जा = Wh = W*h = V*A*h = 3600 जूल।
1 kWh = 1000 क.
क्षमता बिजली की मात्रा (आह) है जो एक बैटरी वितरित कर सकती है।
यदि Wh या kWh में से कोई दो पद दिए गए हैं, तो दूसरे की गणना की जा सकती है (Wh = VAh)।
850 Wh की 12 V बैटरी 850 Wh/12 V = 71 Ah डिलीवर कर सकती है। जिस अवधि में यह 71 आह खींचा जा सकता है वह न केवल वर्तमान पर निर्भर करता है, बल्कि रसायन विज्ञान के प्रकार पर भी निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, ली-आयन बैटरी, 1 घंटे के लिए 70 ए वितरित कर सकती है। लेकिन दूसरी ओर, लेड-एसिड बैटरी 1 घंटे तक खड़ी रह सकती है यदि डिस्चार्ज करंट 35 ए है। लेकिन, वीआरएलए बैटरी 70 ए को केवल 40 मिनट से थोड़ा कम समय तक ही डिलीवर कर सकती है।
ली-आयन सेल द्वारा 70 ए = 70 ए * 3.6 वी = 252 डब्ल्यू पर दिया गया वाट क्षमता।
लेकिन लेड-एसिड सेल द्वारा 70 ए = 70 ए * 1.9 वी = 133 डब्ल्यू पर दिया गया वाट क्षमता।
कोई यह देख सकता है कि ली-आयन सेल समान करंट के लिए प्रति-सेल आधार पर अधिक वाट क्षमता प्रदान कर सकता है।
इसी तरह ली-आयन सेल द्वारा 70 ए = 70 ए * 3.6 वी * 1 एच = 252 पर वितरित ऊर्जा।
लेकिन VR लेड-एसिड सेल द्वारा 70 A = 70 A * 1.9 V * 0.66 h = 88 Wh पर दी गई ऊर्जा।
हम देख सकते हैं कि ली-आयन सेल समान धारा के लिए प्रति-सेल आधार पर अधिक ऊर्जा प्रदान कर सकता है
विशिष्ट क्षमता आह प्रति यूनिट वजन (आह/किलोग्राम या एमएएच/जी) है।
विशिष्ट ऊर्जा Wh प्रति यूनिट वजन (Wh/kg) है।
ऊर्जा घनत्व Wh प्रति इकाई आयतन (Wh/लीटर) है।
ध्यान दें:
ग्रेविमेट्रिक ऊर्जा घनत्व शब्द को विशिष्ट ऊर्जा और वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व द्वारा ऊर्जा घनत्व द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री - सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता और इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री की सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा
विद्युत का मात्रक कूलम्ब होता है, जो 1 ऐम्पियर सेकण्ड (As) होता है। फैराडे स्थिरांक (F) 1 मोल इलेक्ट्रॉनों द्वारा किए गए आवेश की मात्रा को संदर्भित करता है। चूँकि 1 इलेक्ट्रॉन का आवेश 1.602 x 10 – 19 कूलम्ब (C) है, इलेक्ट्रॉनों के एक मोल का आवेश 96485 C/मोल होना चाहिए।
1 एफ = 1(6.02214 *10 23 ) * (1.60218*10 -19 सी) = 96485 सी (यानी 96485 सी/मोल)।
6.02214 *10 23 अवोगैड्रो संख्या (अवोगाद्रो स्थिरांक) है, जिसे उस पदार्थ के एक मोल में परमाणुओं, मोलों या आयनों की संख्या के रूप में परिभाषित किया जाता है। यह किसी पदार्थ के द्रव्यमान को पदार्थ में कणों की संख्या से जोड़ने में उपयोगी है। इस प्रकार, किसी भी पदार्थ के 0.2 मोल में 0.2 *अवोगाद्रो कणों की संख्या होगी। आधुनिक प्रयोगों पर आधारित एक इलेक्ट्रॉन पर आवेश 1.60217653 x 10 -19 कूलॉम प्रति इलेक्ट्रॉन है। यदि आप इलेक्ट्रॉनों के एक मोल पर आवेश को एक एकल इलेक्ट्रॉन के आवेश से विभाजित करते हैं तो आपको अवोगाद्रो की संख्या 6.02214154 x 10 23 कण प्रति मोल का मान प्राप्त होता है [ https://www.scientificamerican.com/article/how-was-avogadros -नंबर / ]।
1 एफ 96485 सी/मोल = 96485 एएस/60*60 एस = 26.8014 आह/मोल
लीड-एसिड सेल के लिए विशिष्ट क्षमता और विशिष्ट ऊर्जा
आणविक भार या ग्राम में परमाणु भार को प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या से विभाजित करने पर ग्राम संबंधित सामग्री के बराबर होता है। एक ग्राम समतुल्य 96,485 कूलॉम प्रदान करेगा (अधिकांश लेखक इसे 96,500 C तक सीमित करते हैं) जो कि 26.8014 आह के बराबर है।
207.2 ग्राम लेड मेटल को 2F बिजली = 2 × 26 के साथ बराबर किया जा सकता है । 8014 आह = 53.603 आह। (प्रतिक्रिया: Pb →Pb 2+ + 2e – )।
इसलिए 1 आह (जिसे क्षमता-घनत्व के रूप में जाना जाता है ) के लिए आवश्यक लीड-एसिड सेल में नकारात्मक सक्रिय सामग्री (एनएएम) की मात्रा = 207.2 / 53 । 603 = 3.866 ग्राम/आह [ बोडे, हैंस, लेड-एसिड बैटरीज, जॉन विली, न्यूयॉर्क, 1977, पृ.292 ।]।
क्षमता घनत्व के पारस्परिक को विशिष्ट क्षमता कहा जाता है
विशिष्ट क्षमता = nF / आणविक भार या परमाणु भार। (एन = प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या)।
नकारात्मक सक्रिय सामग्री की विशिष्ट क्षमता
नकारात्मक सक्रिय सामग्री (NAM) की विशिष्ट क्षमता , Pb = 56.3/207.2 = 0.259 mAh/g = 259 Ah/kg। सेल संतुलन क्षमता से गुणा किया गया यह मान सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा है । NAM लेड की सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा = 259*2.04 V = 528.36 Wh/kg
सकारात्मक सक्रिय सामग्री (PAM) की विशिष्ट क्षमता
इसी तरह, 1 आह (जिसे क्षमता घनत्व के रूप में जाना जाता है ) के लिए आवश्यक लेड-एसिड सेल में सकारात्मक सक्रिय सामग्री की मात्रा = 239.2 / 53 । 603 = 4.46 ग्राम /आह।
सकारात्मक सक्रिय सामग्री (पीएएम) की विशिष्ट क्षमता, पीबीओ 2 = 56.3/239 = 0.224 एमएएच/जी = 224 आह/किग्रा। PAM लेड डाइऑक्साइड की सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा = 224*2.04 V = 456.96 Wh/kg।
लिथियम आयन सेल
ली-आयन सेल कार्बन एनोड के लिए विशिष्ट क्षमता और विशिष्ट ऊर्जा
LiC 6 की विशिष्ट क्षमता = xF/n*आणविक भार
= 1 * 26.8/1*72 एमएएच/जी (स्टोइकोमेट्रिक रूप से 72 ग्राम सी 1 . के लिए आवश्यक है)
LiC 6 बनाने के लिए Li भंडारण का मोल। चूँकि Li LCO कैथोड से उपलब्ध है, इसके द्रव्यमान को कुल एनोड द्रव्यमान में नहीं लिया जाता है। केवल कार्बन को ध्यान में रखा जाता है। एक्स = 1; ली + का 100% अंतर्संबंध
= 0.372 आह/जी
= 372 एमएएच/जी = 372 आह/किग्रा
विशिष्ट ऊर्जा LiC 6 = 372*3.7 वी
= 1376 क/किग्रा
LiCoO2 (LCO) के लिए विशिष्ट क्षमता और विशिष्ट ऊर्जा
विशिष्ट क्षमता LiCoO 2
= 0.5 ली + + 0.5 ई + ली 0.5 सीओओ 2 (एक्स = 0.5, ली + का 50% अंतर्संबंध)
= एक्सएफ/एन*मोल डब्ल्यूटी
=0.5*26.8/1 * 98 ली= 6.94 Co = 58.93 2 O= 32
= 13.4/98 आह/जी = 0.1368 आह/किग्रा
= 137 एमएएच/जी = 137 आह/किग्रा।
LiCoO2 की विशिष्ट ऊर्जा = 137* 3.7 V = 507 Wh/kg (x= 0.5, Li + का 50% अंतर्संयोजन)
यदि मान x को 1 के रूप में लिया जाता है , तो विशिष्ट क्षमता दोगुनी हो जाएगी, 137*2= 274 mAh/g = 274 Ah/kg
LiCoO2 की विशिष्ट ऊर्जा = 274 *3.7 वी (एक्स = 1. ली + का पूर्ण (100%) अंतःक्षेपण
= 1013 क/किग्रा
LiFePO4 . के लिए विशिष्ट क्षमता और विशिष्ट ऊर्जा
LiFePO 4 . की विशिष्ट क्षमता
= एक्सएफ/एन*मोल डब्ल्यूटी
= 26.8/157.75 = 169.9 एमएएच/जी = 170 एमएएच/जी = 170 आह/किग्रा
LiFePO 4 की विशिष्ट ऊर्जा = 170*3.2 V = 544 Wh/kg
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री - सेल की सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा
विद्युत रासायनिक शक्ति स्रोत से व्युत्पन्न अधिकतम विशिष्ट ऊर्जा द्वारा दी गई है:
सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा = 26 । 8015 × ( nE/ moles ) Wh/kg जहां n और E के सामान्य अंकन हैं; n , प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या और E , सेल वोल्टेज।
ध्यान दें
- एस मोल सभी अभिकारकों के योग को संदर्भित करता है और किसी को उत्पादों के बारे में चिंता करने की आवश्यकता नहीं है
- चूँकि इकाई Wh / kg (जिसे Wh kg -1 भी लिखा जाता है) में दिया गया है, कुल भार किलो की इकाइयों में दिया जाना है।
विशिष्ट ऊर्जा लेड-एसिड सेल
सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा की गणना के लिए एक परिचित उदाहरण लिया जाएगा।
सबसे पहले हमें प्रतिक्रिया लिखनी होगी और अभिकारकों के दाढ़ मूल्यों की गणना करनी होगी। हमें उत्पादों के बारे में चिंता करने की ज़रूरत नहीं है। लेड-एसिड बैटरी के लिए, प्रतिक्रिया है:
पीबीओ 2 + पीबी + 2 एच 2 एसओ 4 ⇄ 2 पीबीएसओ 4 + 2 एच 2 ओ ईº = 2.04 वी।
मोल्स = 239 +207+ 2*98 g . में
= 0.642 किग्रा
सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा = 26 । 8 × ( nE/ moles) Wh/kg
= 26.8*(2*2.04/0.642) Wh/kg
= 26.8015*(6.3551) Wh/kg
= 170.3 क/किग्रा.
टोबियास प्लाके [ जे सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रोकेम (2017) 21:1939 – 1964 ] के अनुसार, लेड-एसिड सेल के लिए नीचे दिए गए अनुसार विशिष्ट ऊर्जा की गणना भी की जा सकती है:
सेल की विशिष्ट ऊर्जा =
=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
Ni-Cd सेल की विशिष्ट ऊर्जा
2NiOOH + Cd ⇄ 2Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2 Eº = 1.33 V
सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा = 26 । 8 × ( nE/ moles) Wh/kg
= 26.8*(2*1.33/0.296) Wh/kg
= 26.8015*(8.9865) Wh/kg
= 240.8 क/किग्रा
इन क्षारीय कोशिकाओं में जलीय KOH इलेक्ट्रोलाइट सेल प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है और
इसलिए विशिष्ट ऊर्जा मूल्यों की गणना करते समय ध्यान नहीं दिया जाता है। लेकिन, कुछ लेखक
गणना में पानी का वजन शामिल करना चाहेंगे।
तब विशिष्ट ऊर्जा का आंकड़ा घटकर 214.8 Wh/kg हो जाएगा यदि मोल को . द्वारा प्रतिस्थापित किया जाए
0.332. परिणाम 214 होगा । 8 क/किग्रा .
LiFePO4 सेल की विशिष्ट ऊर्जा
(एक्स = 1. 100% अंतर्संबंध)
= 26 । 8015 × ( nE/ moles) Wh/kg
= 26.8 [(1*3.2)/(72+157.75) LiFePO4 + 6C + शून्य Li
= 26.8[(1*3.2)/(229.75)] = 26.8*0.013928
= 0.37329 Wh/g
= 373 क/किग्रा
एलसीओ सेल की विशिष्ट ऊर्जा
(x=1; 100% अंतर्संबंध)
= 26 । 8015 × क/किग्रा 169.87
= 26.8 [(1*3.7)/(72+97.87)] LiCoO 2 + 6C + शून्य ली
= 26.8 *[(3.7)/(169.87)]
= 26.8 *0.02178
= 0.58377 Wh/g
= 584 क/किग्रा
यदि x = 0.5 (Li आयनों का 50% अंतर्संबंध), तो हमें 26.8 को इस मान के आधे से बदलना होगा, अर्थात 13.4। परिणाम 584/2 = 292 Wh/kg होगा।
सेल/बैटरी की व्यावहारिक (वास्तविक) विशिष्ट ऊर्जा
https://pushevs.com/2015/11/04/gs-yuasa-improved-cells-lev50-vs-lev50n/
वास्तविक समय बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा = (माध्य वोल्टेज * आह) / (बैटरी का द्रव्यमान)
= (3.7 वी*50 आह 1 ) / 1.7 किग्रा (यूसा एलईवी50 सिंगल सेल)
= 185 /1.7
= 108.8 क/किग्रा
= (14.8*50)/ 7.5 (युसा LEV50-4 बैटरी)
= 98.7 क/किग्रा
बैटरी का वास्तविक समय ऊर्जा घनत्व = Wh/वॉल्यूम = 17.1*4.4*11.5 = 865 cc
= 185/0.865 = 214 घंटे/लीटर
= Wh/वॉल्यूम = 17.5*19.4*11.6 = 3938 cc = 3.94 लीटर
= 14.8*50 / 3.94 = 187 Wh / लीटर
सेल से बैटरी (कम kWh) में रूपांतरण होने पर विशिष्ट ऊर्जा में लगभग 10% की कमी होती है और सेल से बैटरी में रूपांतरण होने पर ऊर्जा घनत्व में लगभग 13% की कमी होती है (निम्न kWh)