மின் வேதியியல் வரையறை
மின்வேதியியல் ஆற்றல் மூலங்கள் அல்லது மின்கலங்கள், மின்னணுக் கடத்திகள் (செயலில் உள்ள பொருட்கள்) மற்றும் அயனி கடத்திகள் (எலக்ட்ரோலைட்), இரசாயனக் கலங்களிலிருந்து மின் ஆற்றலை உற்பத்தி செய்தல் (அல்லது இரசாயன ஆற்றலை மாற்றுதல்) ஆகியவற்றின் இடைமுகத்தில் நிகழும் எதிர்விளைவுகளைக் கையாளும் மின் வேதியியல் துறையின் கீழ் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது. மின் ஆற்றலாக) மற்றும் வேதியியல் மாற்றங்களுக்கு மின்னாற்பகுப்பு செல்கள் பயன்படுத்தப்படும் அதன் தலைகீழ் எதிர்வினை.
மின்வேதியியல் ஆற்றல் மூலங்கள் (பேட்டரிகள்)
பேட்டரிகளில் ஆற்றல் மாற்றும் செயல்முறைகள் ஆக்ஸிஜனேற்ற-குறைப்பு எதிர்வினைகளை (ரெடாக்ஸ் எதிர்வினைகள்) அடிப்படையாகக் கொண்டவை. செல்கள் எலக்ட்ரோலைடிக் செல்கள் மற்றும் கால்வனிக் செல்கள் என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. எலக்ட்ரோலைடிக் செல்களுக்கு எடுத்துக்காட்டுகள் அலுமினியம், மெக்னீசியம் போன்ற உலோகங்களைப் பிரித்தெடுக்கப் பயன்படும் செல்கள் மற்றும் சார்ஜ் செய்யப்படும்போது பேட்டரிகள். கால்வனிக் செல்கள் அல்லது பேட்டரிகள் எலக்ட்ரோலைடிக் செல்களுக்கு மாறாக மின்னோட்டத்தை நமக்கு வழங்க முடியும், இதில் எதிர்வினை ஏற்படுவதற்கு நாம் மின்னோட்டத்தை அனுப்ப வேண்டும்.
ஆக்சிஜனேற்றம் என்பது எலக்ட்ரான்/எலக்ட்ரான்களை அகற்றுதல் (வெளியேற்ற வினையின் போது அனோட்களில் இருந்து) மற்றும் குறைப்பு என்பது இந்த எலக்ட்ரான்களை ஒரு வெளிப்புற சுற்று மூலம் மற்ற மின்முனையில் (கேத்தோடு) சேர்க்கும் செயல்முறையாகும், அயனியாக நடத்தும் எலக்ட்ரோலைட் உள்ளே அயனி பரிமாற்ற ஊடகமாகும். செல். செல் வெளியேற்றத்தின் போது, எலக்ட்ரான்கள் அனோடில் (எதிர்மறை தகடு) இருந்து கேத்தோடிற்கு (நேர்மறை தட்டு) வெளிப்புற சுற்று வழியாக செல்கின்றன மற்றும் அயனிகள் கலத்திற்குள் பாய்ந்து ரசாயன ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றும்.
அனோடிற்கான பொதுவான எடுத்துக்காட்டுகள்:
லி → லி + + இ –
Pb → Pb 2+ + 2e –
Zn → Zn 2+ + 2e –
கேத்தோட்களின் எடுத்துக்காட்டுகள்:
PbO 2 ⇄ Pb 2+ +2e – (லெட்-அமில பேட்டரி)
LiFePO 4 (லி-இரும்பு சல்பேட் பேட்டரி)
NiOOH + 2e – ⇄ Ni(OH) 2 (Ni-cadmium பேட்டரி)
Cl 2 + 2e ⇄ 2Cl – (ஜிங்க்-குளோரின் பேட்டரி)
Br 2 + 2e ⇄ 2Br – (Zinc-Bromine பேட்டரி)
முதன்மை மற்றும் இரண்டாம் நிலை செல்கள் - மின் வேதியியல்
ஒரு செல் என்பது கால்வனிக் அமைப்பின் ஒரு சுயாதீன அலகு. ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட செல்கள் தொடர் அல்லது இணையான முறையில் இணைக்கப்பட்டால், இந்த ஏற்பாடு பேட்டரி எனப்படும். ஒரு கலத்தின் இன்றியமையாத கூறுகள் நேர்மறை மின்முனை அல்லது தட்டு (கேத்தோடு), எதிர்மறை மின்முனை அல்லது தட்டு (அனோட்), எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் கொள்கலன், பிரிப்பான், பஸ் பார்கள் போன்ற சிறிய பாகங்கள், தூண் இடுகைகள், முனைய இடுகைகள் போன்ற பிற செயலற்ற கூறுகள்.
கால்வனிக் செல்கள் முதன்மை மற்றும் இரண்டாம் நிலை (அல்லது ரிச்சார்ஜபிள் அல்லது சேமிப்பு) செல்களாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. முதன்மை உயிரணுக்களில், செயலில் உள்ள பொருட்களின் சோர்வு காரணமாக வெளியேற்றம் முடிவுக்கு வந்தவுடன் எதிர்வினைகளை மாற்ற முடியாது, அதேசமயம் இரண்டாம் நிலை செல்களில் செயலில் உள்ள பொருட்களை செல்லில் மின்னோட்டத்தை செலுத்துவதன் மூலம் முந்தைய நிலைக்கு கொண்டு வர முடியும். எதிர் திசை.
கைக்கடிகாரங்கள், மின்சார டார்ச்கள் மற்றும் டிவி ரிமோட்டுகள் மற்றும் ஏசி ரிமோட்டுகள் போன்ற பல கட்டுப்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படும் செல்கள் முதன்மை செல்களுக்கு நன்கு தெரிந்த எடுத்துக்காட்டுகள். ஆட்டோமொபைல்கள் மற்றும் ஹோம் இன்வெர்ட்டர்கள்/யுபிஎஸ் மற்றும் Ni-Cd, Ni-MH மற்றும் Li-ion செல்களைத் தொடங்குவதற்குப் பயன்படுத்தப்படும் எங்கும் நிறைந்த லீட்-அமில பேட்டரி இரண்டாம் நிலை பேட்டரிகளுக்கு எடுத்துக்காட்டுகளாகும். எரிபொருள் செல்கள் (முதன்மை) மின்கலங்களிலிருந்து வேறுபடுகின்றன, அதாவது வினைத்திறன் கூறுகள் வெளியில் இருந்து ஊட்டப்படுகின்றன.
மின்முனைகளின் சாத்தியக்கூறுகள் (அரை செல்கள்) மற்றும் ஒரு கலத்தின் மின்னழுத்தம் மற்றும் கால்வனிக் செல்களின் நிறை-சுயாதீனமான நிறுவனம்:
மின்முனையின் சாத்தியம் (மின்னழுத்தம்) ஒரு அடிப்படை மின்வேதியியல் பண்பு மற்றும் அதன் மதிப்பு மின்முனைப் பொருளின் அளவைப் பொறுத்தது அல்ல. வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக இது ஒரு மின்முனையின் திறனுக்கு எதிராக (இது ஒரு விரிவான சொத்து) ஒரு தீவிர பண்பு ஆகும், இது அதில் உள்ள செயலில் உள்ள பொருளின் வெகுஜனத்தைப் பொறுத்தது.
ஒரு கலத்தின் மின்னழுத்தம் என்பது இரண்டு மின்முனை திறன் அல்லது அனோட் (எதிர்மறை மின்முனை அல்லது தட்டு) மற்றும் கேத்தோடு (நேர்மறை மின்முனை அல்லது தட்டு) ஆகியவற்றின் மின்னழுத்த மதிப்புகளின் கலவையாகும். எதிர்மறை மின்முனைகளின் சாத்தியமான மதிப்புகள் எப்போதும் எதிர்மறையாகவே இருக்கும் (EMF தொடரில் பூஜ்ஜிய வோல்ட்டுகளுக்குக் கீழே உள்ளது, தரநிலை பாடப்புத்தகங்கள் அல்லது கையேடுகளைப் பார்க்கவும்). பூஜ்ஜிய வோல்ட் என்பது ஹைட்ரஜன் மின்முனையின் (SHE) நிலையான மின்முனைத் திறனைக் குறிக்கிறது.
கார்பன் மற்றும் ஹைட்ரஜன் போன்ற சில விதிவிலக்குகளுடன், எதிர்மறை மின்முனை பொருட்கள் மாறாமல் உலோகங்கள் அல்லது உலோகக் கலவைகள் ஆகும், இவை Ni-MH மற்றும் Ni-H2 கலங்களில் எதிர்மறை செயலில் உள்ள பொருளாகும். கத்தோட்கள் நேர்மறை ஆற்றல்களைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அவை பெரும்பாலும் ஆக்சைடுகள், ஹாலைடுகள், சல்பைடுகள் போன்றவை, உலோக-காற்று செல்களில் கேத்தோடு செயலில் உள்ள பொருளாக செயல்படும் ஆக்ஸிஜனைத் தவிர. செல்லுக்குள் அயனிகளை கடத்துவதற்கு எலக்ட்ரோலைட் இருக்க வேண்டும்.
மின்னழுத்தம் மின்னோட்டத்திற்கான உந்து சக்தியாகும். இது நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை ஆற்றல்களின் இரண்டு மதிப்புகளின் கலவையாகும் (இயற்கணித வேறுபாடு). மின்னழுத்தத்தை ஒரு தண்ணீர் தொட்டியின் உயரம் அல்லது தொட்டியில் உள்ள நீரின் அளவு மற்றும் தற்போதைய தொட்டியில் இருந்து வெளியேறும் குழாயின் விட்டம் ஆகியவற்றுடன் ஒப்பிடலாம். தொட்டியில் நீர்மட்டம் அதிகமாக இருந்தால், தண்ணீர் வேகமாக வெளியேறும். அதேபோல், குழாயின் விட்டம் அதிகமாக இருந்தால், வெளியேறும் நீரின் அளவு அதிகமாக இருக்கும்.
கலத்தின் மின்னழுத்தத்தை எவ்வாறு தீர்மானிப்பது?
செல் மின்னழுத்தத்தை இரண்டு மின்முனை சாத்தியமான மதிப்புகளிலிருந்து தீர்மானிக்கலாம் அல்லது கிப்ஸ் சமன்பாடு மற்றும் ஸ்டாண்டர்ட் கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் உருவாக்கம் (Δ f G ˚) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம். நிலையான கிப்ஸ் உருவாக்கம் இலவச ஆற்றல் ஒரு சேர்மம் என்பது கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலின் மாற்றமாகும், இது ஒரு பொருளின் நிலையான நிலையில் 1மொல் அதன் நிலையான நிலைகளில் உள்ள அதன் கூறு கூறுகளிலிருந்து (1 பட்டி அழுத்தம் மற்றும் குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் உள்ள தனிமத்தின் மிகவும் நிலையான வடிவம், பொதுவாக 298.15 K அல்லது 25 °C).
கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் (ஜி)
வெப்ப இயக்கவியலில், கிப்ஸ் ஃப்ரீ எனர்ஜி என்பது ஒரு அமைப்பிலிருந்து பிரித்தெடுக்கப்படக்கூடிய வேலையின் அளவீடு மற்றும் பேட்டரிகளைப் பொறுத்தவரை, ஒரு மின்முனையில் (அனோட்) அயனிகளை விடுவிப்பதன் மூலம் மற்றொன்றுக்கு (கேத்தோடு) நகர்த்துவதன் மூலம் வேலை செய்யப்படுகிறது. ஆற்றலில் ஏற்படும் மாற்றம் முக்கியமாக செய்யப்படும் வேலைக்குச் சமமாக இருக்கும், மேலும் கால்வனிக் கலத்தின் விஷயத்தில், வினைப்பொருட்களுக்கு இடையேயான வேதியியல் தொடர்பு காரணமாக அயனிகளின் இயக்கம் மூலம் மின் வேலை செய்யப்படுகிறது. எனவே, ஆற்றல் Δ G இன் அடிப்படையில் வழங்கப்படுகிறது, இது கிப்பின் இலவச ஆற்றலின் மாற்றம் , இது ஆற்றல் மாற்ற செயல்முறைகளின் போது பெறக்கூடிய அதிகபட்ச இரசாயன ஆற்றலைக் குறிக்கிறது.
எதிர்வினை ஏற்படும் போதெல்லாம், அமைப்பின் இலவச ஆற்றலில் மாற்றம் ஏற்படுகிறது:
∆G = – nFE°
F = மாறிலி ஃபாரடே (96,485 C அல்லது 26.8 Ah) என அழைக்கப்படுகிறது.
n = ஸ்டோச்சியோமெட்ரிக் எதிர்வினையில் ஈடுபடும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை
E ° = நிலையான திறன், வி.
∆G இன் மதிப்புகள் மற்ற மூன்று மதிப்புகளான n, F மற்றும் E ஆகியவற்றிலிருந்து கணக்கிடப்படலாம்.
ஒரு கால்வனிக் கலத்தின் செல் மின்னழுத்தத்தை வெளிப்பாட்டிலிருந்து கணக்கிடலாம்
ΔG° = ΣΔG° f தயாரிப்புகள் – ΣΔG° f எதிர்வினைகள்
உருவாக்கத்தின் நிலையான மோலார் இலவச ஆற்றல்களை நிலையான பாடப் புத்தகங்களிலிருந்து பெறலாம் [Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, p.366].
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O
ΔG° = ΣΔG° f தயாரிப்புகள் – ΣΔG° f எதிர்வினைகள்
∆Gº = [2( – 193 . 89) + 2( – 56 . 69)] − [( – 52 . 34) + 0 – 2( − 177 . 34)]
= – 94 . 14 கிலோகலோரி / மோல்
= – 94 . 14 கிலோகலோரி / மோல் × 4 . 184 kJ / மோல்
= – 393 . 88 kJ / மோல்
Eº = – Δ Gº/nF
= – ( − 393 . 88 × 1000) / 2 × 96485
= 2 04 வி
இலவச ஆற்றலின் தொடர்புடைய அதிகரிப்பு கணினியில் செய்யப்படும் மின் வேலைக்கு சமம். எனவே,
−ΔG = nFE அல்லது ΔG = -nFE மற்றும் ΔGº = -nFEº.
மின்முனை சாத்தியங்களிலிருந்து செல் மின்னழுத்தம்
இரண்டு மின்முனை ஆற்றல்களின் கலவையானது செல் மின்னழுத்தத்தைக் கொடுக்கும்:
E செல் = E கேத்தோடு அல்லது நேர்மறை மின்முனை – E நேர்மின்முனை அல்லது எதிர்மறை மின்முனை
அல்லது E செல் = E PP – E NP
1953 மற்றும் 1968 இன் சர்வதேச தூய மற்றும் பயன்பாட்டு வேதியியலின் (IUPAC) மரபுகளின்படி, ஒரு கால்வனிக் செல் எழுதப்பட்டிருக்கும் வலது கை மின்முனை (RHE) என்பது நேர்மறை மின்முனையாகும் குறைப்பு ஏற்படுகிறது மற்றும் இடது கை மின்முனையானது எதிர்மறை மின்முனையாகும் ஆக்ஸிஜனேற்றம் ஏற்படுகிறது மற்றும் எலக்ட்ரான்கள் இடமிருந்து வலமாக பாய்கின்றன [ மெக்னிகோல் பிடி; McNicol BD இல் ராண்ட், DAJ; ராண்ட், DAJ (ed.) மின்சார வாகனங்களுக்கான ஆற்றல் ஆதாரங்கள், அத்தியாயம் 4, எல்சேவியர், ஆம்ஸ்டர்டாம், 1984 ] . RHE என்பது கேத்தோடு மற்றும் LHE என்பது அனோட் ஆகும்
E செல் = E RHE – E LHE
மின்முனை சாத்தியங்களுக்கான மதிப்புகள் பாடப்புத்தகங்கள் மற்றும் கையேடுகளில் இருந்து பெறலாம்.
லீட்-அமில கலத்திற்கான மின்முனை ஆற்றல்களிலிருந்து செல் மின்னழுத்தம்
E செல் = E கேத்தோடு அல்லது நேர்மறை மின்முனை – E நேர்மின்முனை அல்லது எதிர்மறை மின்முனை
LHE Pb½H 2 SO 4 ½H 2 SO4½PbO 2 RHE
RHE என்பது Pb 4 + + 2e ⇄ Pb 2+ க்கான கேத்தோட் E ° Rev = 1.69 V
Pb º – 2e _ Pb 2+ க்கு LHE நேர்மின்முனை E ° Rev = −0.358 V
E செல் = 1.69 – (-0.358) = 2.048 V.
Ni-Cd கலத்திற்கான மின்முனை ஆற்றல்களிலிருந்து செல் மின்னழுத்தம்
RHE Cd|KOH|KOH|NiOOH LHE
NiOOH +2e ⇄Ni(OH)க்கு LHE E ° Rev = 0.49
RHE E ° Rev = – Cd ⇄ Cd 2+ +2eக்கு 0.828 V
மின் செல் =0 . 49 V – ( – 0 . 828) = 1 . 318 வி
நிலையான நிலைமைகளின் கீழ் நிக்கல் மின்முனையின் E ° Rev 0.49 V ஆகும். MH மின்முனையின் E ° Rev ஆனது ஹைட்ரைடு உருவாக்கும் பொருட்களின் பகுதி அழுத்தத்தைப் பொறுத்தது.
2MH ⇄ 2M + H 2 ↑
MH மின்முனையின் விருப்பமான பகுதி ஹைட்ரஜன் அழுத்தம் 0.01 பட்டியில் இருக்கும், E ° Rev வரம்புகள் பொதுவாக –0.930 மற்றும் –0.860 V. எனவே
மின் செல் =0 . 49 V – ( – 0 . 89) = 1 . 3 வி.
LCO வேதியியலின் லி-அயன் கலத்திற்கான எலக்ட்ரோடு பொட்டன்ஷியல்களிலிருந்து செல் மின்னழுத்தம்
RHE C | DMC +DEC +PC இல் LiPF 6 | LiCoO 2 LHE
LiC 6 ⇄ xLi + + xe + C 6 க்கு RHE E ° Rev = 0.1 V (Vs Li metal)
Li 1-x CoO 2 + xe டிஸ்சார்ஜ் → LiCoO 2 க்கான LHE E ° Rev = 3.8 V (Vs Li metal)
மொத்த எதிர்வினை C 6 +LiCoO 2 ⇄Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
E செல் = 3.8 – (0.1) = 3.7 V.
LiFePO4 வேதியியலின் லி-அயன் கலத்திற்கான மின்முனை ஆற்றல்களிலிருந்து செல் மின்னழுத்தம்
RHE C | LiPF 6 அல்லது LiODFB இல் (EC+EMC+DEC) | LiFePO 4 LHE
LiC 6 ⇄ xLi + + xe + C 6 க்கு RHE E ° Rev = 0.1 V (Vs Li metal)
FePO 4 + xe + xLi + = டிஸ்சார்ஜ் → xLiFePO 4 + (1-x) FePO 4 க்கான LHE E ° Rev = 3.5 V (Vs Li metal)
LIODFB = லித்தியம் டிஃப்ளூரோ(ஆக்சலாட்டோ)போரேட்
மொத்த எதிர்வினை LiFePO 4 + 6C →LiC 6 + FePO 4
E செல் = 3.3 – (0.1) = 3.2 V
கால்வனிக் செல்களின் நிறை சார்ந்த அளவுகள்: மின்னோட்டம், சக்தி மற்றும் ஆற்றல்
மின்சாரம் வாட் அலகுகளில் வழங்கப்படுகிறது மற்றும் நேர காரணி சக்தியில் ஈடுபடாது.
P = W = V*A
ஆற்றல் என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட காலத்திற்கு செலவிடப்படும் சக்தியைக் குறிக்கிறது, எனவே அலகு மணிநேரங்களை உள்ளடக்கியது.
ஆற்றல் 1 W.Second = 1 ஜூல்
ஆற்றல் = Wh = W*h = V*A*h = 3600 ஜூல்கள்.
1 kWh = 1000 Wh.
திறன் என்பது ஒரு பேட்டரி வழங்கக்கூடிய மின்சாரத்தின் அளவு (Ah).
Wh அல்லது kWh இல் ஏதேனும் இரண்டு சொற்கள் கொடுக்கப்பட்டால், மற்றதைக் கணக்கிடலாம் (Wh = VAh).
12 V பேட்டரியின் 850 Wh 850 Wh/12 V = 71 Ah ஐ வழங்க முடியும். இந்த 71 Ah வரையப்படும் கால அளவு மின்னோட்டத்தை மட்டுமல்ல, வேதியியல் வகையையும் சார்ந்துள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, லி-அயன் பேட்டரி, 1 மணிநேரத்திற்கு 70 ஏ வழங்க முடியும். ஆனால் லீட்-அமில பேட்டரி, மாறாக, டிஸ்சார்ஜ் கரண்ட் 35 ஏ ஆக இருந்தால், 1 மணிநேரம் வரை நிற்க முடியும். ஆனால், ஒரு விஆர்எல்ஏ பேட்டரி 40 நிமிடங்களுக்கும் குறைவாகவே 70 ஏ வழங்க முடியும்.
70 A = 70 A*3.6 V= 252 W இல் லி-அயன் கலத்தால் வழங்கப்பட்ட வாட்.
ஆனால் 70 A = 70 A* 1.9 V = 133 W இல் ஈய-அமில கலத்தால் வழங்கப்பட்ட வாட்.
லி-அயன் செல் அதே மின்னோட்டத்திற்கு ஒரு செல் அடிப்படையில் அதிக வாட்டேஜை வழங்க முடியும் என்பதை ஒருவர் காணலாம்.
இதேபோல் 70 A = 70 A*3.6 V *1h= 252 Wh இல் லி-அயன் கலத்தால் வழங்கப்படும் ஆற்றல்.
ஆனால் 70 A = 70 A* 1.9 V * 0.66 h= 88 Wh இல் VR லீட்-அமில கலத்தால் வழங்கப்படும் ஆற்றல்.
லி-அயன் செல் அதே மின்னோட்டத்திற்கு ஒரு செல் அடிப்படையில் அதிக ஆற்றலை வழங்க முடியும் என்பதை நாம் காணலாம்
குறிப்பிட்ட திறன் ஒரு யூனிட் எடைக்கு Ah (Ah/kg அல்லது mAh/g).
குறிப்பிட்ட ஆற்றல் என்பது ஒரு யூனிட் எடைக்கு Wh (Wh/kg) ஆகும்.
ஆற்றல் அடர்த்தி என்பது ஒரு யூனிட் தொகுதிக்கு Wh (Wh/லிட்டர்) ஆகும்.
குறிப்பு:
கிராவிமெட்ரிக் ஆற்றல் அடர்த்தி என்ற சொல் குறிப்பிட்ட ஆற்றலாலும், அளவீட்டு ஆற்றல் அடர்த்தி ஆற்றல் அடர்த்தியாலும் மாற்றப்பட்டது.
மின் வேதியியல் - கோட்பாட்டு குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் மின்முனை செயலில் உள்ள பொருட்களின் தத்துவார்த்த குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
மின்சாரத்தின் அலகு கூலம்ப் ஆகும், இது 1 ஆம்பியர் வினாடி (As) ஆகும். ஃபாரடே மாறிலி (F) என்பது 1 மோல் எலக்ட்ரான்களால் சுமந்து செல்லும் மின்னூட்டத்தின் அளவைக் குறிக்கிறது. 1 எலக்ட்ரான் 1.602 x 10 – 19 கூலம்ப்ஸ் (C) மின்னூட்டத்தைக் கொண்டிருப்பதால், ஒரு மோல் எலக்ட்ரான் 96485 C/mole மின்னூட்டத்தைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்.
1 F = 1(6.02214 *10 23 ) * (1.60218*10 -19 C) = 96485 C (அதாவது 96485 C/mole).
6.02214 *10 23 என்பது அவகாட்ரோ எண் (அவோகாட்ரோ மாறிலி), இது அந்த பொருளின் ஒரு மோலில் உள்ள அணுக்கள், மோல்கள் அல்லது அயனிகளின் எண்ணிக்கை என வரையறுக்கப்படுகிறது. ஒரு பொருளின் நிறை மற்றும் பொருளில் உள்ள துகள்களின் எண்ணிக்கையுடன் தொடர்புபடுத்துவதில் இது பயனுள்ளதாக இருக்கும். எனவே, எந்த ஒரு பொருளின் 0.2 மோல் 0.2 *அவோகாட்ரோ துகள்களைக் கொண்டிருக்கும். நவீன சோதனைகளின் அடிப்படையில் ஒரு எலக்ட்ரானின் சார்ஜ் ஒரு எலக்ட்ரானுக்கு 1.60217653 x 10 -19 கூலம்ப்கள் ஆகும். ஒரு மோல் எலக்ட்ரானின் சார்ஜ்களை ஒரு எலக்ட்ரானின் சார்ஜ் மூலம் வகுத்தால், அவகாட்ரோவின் ஒரு மோலுக்கு 6.02214154 x 10 23 துகள்கள் என்ற மதிப்பைப் பெறுவீர்கள் [ https://www.scientificamerican.com/article/how-was-avogadros -எண்/ ].
1 F 96485 C/mole = 96485 As/60*60 s = 26.8014 Ah/mole
ஈய-அமில கலத்திற்கான குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
மூலக்கூறு எடை அல்லது கிராம் உள்ள அணு எடையை எதிர்வினையில் பங்கேற்கும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையால் வகுத்தால், அந்தந்த பொருளுக்கு சமமான கிராம் கிடைக்கும். ஒரு கிராம் சமமானது 96,485 கூலம்ப்களை வழங்கும் (பெரும்பாலான ஆசிரியர்கள் அதை 96,500 C ஆகச் சுற்றி) இது 26.8014 Ah க்கு சமம்.
207.2 கிராம் ஈய உலோகத்தை 2F மின்சாரம் = 2 × 26 உடன் சமப்படுத்தலாம் . 8014 ஆ = 53.603 ஆ. (எதிர்வினை: Pb →Pb 2+ + 2e – ).
எனவே 1 Ah (இது திறன்-அடர்த்தி என அழைக்கப்படுகிறது ) = 207.2 / 53 க்கு தேவைப்படும் ஈய-அமில கலத்தில் எதிர்மறை செயலில் உள்ள பொருளின் (NAM) அளவு . 603 = 3.866 g /Ah [ போட், ஹான்ஸ், லீட்-ஆசிட் பேட்டரிகள், ஜான் விலே, நியூயார்க், 1977, ப.292 .].
திறன் அடர்த்தியின் பரஸ்பரம் குறிப்பிட்ட திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது
குறிப்பிட்ட திறன் = nF / மூலக்கூறு எடை அல்லது அணு எடை. (n= எதிர்வினையில் பங்கேற்கும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை).
எதிர்மறை செயலில் உள்ள பொருளின் குறிப்பிட்ட திறன்
எதிர்மறை செயலில் உள்ள பொருளின் குறிப்பிட்ட திறன் (NAM), Pb = 56.3/207.2 = 0.259 mAh /g = 259 Ah/kg. செல் சமநிலை சாத்தியத்தால் பெருக்கப்படும் இந்த மதிப்பு கோட்பாட்டு சார்ந்த ஆற்றல் ஆகும். NAM முன்னணியின் தத்துவார்த்த குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = 259*2.04 V = 528.36 Wh/kg
நேர்மறை செயலில் உள்ள பொருளின் குறிப்பிட்ட திறன் (PAM)
இதேபோல், 1 Ah க்கு தேவைப்படும் ஈய-அமில கலத்தில் நேர்மறை செயலில் உள்ள பொருளின் அளவு (இது திறன் அடர்த்தி என அழைக்கப்படுகிறது ) = 239.2 / 53 . 603 = 4.46 g /Ah.
நேர்மறை செயலில் உள்ள பொருளின் குறிப்பிட்ட திறன் (PAM), PbO 2 = 56.3/239 = 0.224 mAh /g = 224 Ah/kg. PAM லீட் டை ஆக்சைட்டின் கோட்பாட்டு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = 224*2.04 V = 456.96 Wh/kg.
லித்தியம் அயன் செல்
லி-அயன் செல் கார்பன் அனோடிற்கான குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
LiC 6 இன் குறிப்பிட்ட திறன் = xF/n*மூலக்கூறு எடை
= 1 * 26.8/ 1*72 mAh/g (Stoichiometrically 72 g C க்கு 1 தேவை
Li சேமிப்பகத்தின் மோல் LiC 6 ஐ உருவாக்குகிறது. Li ஆனது LCO கேத்தோடிலிருந்து கிடைப்பதால், அதன் நிறை மொத்த நேர்மின்முனையின் நிறை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ளப்படுவதில்லை. கார்பன் மட்டுமே கருத்தில் கொள்ளப்படுகிறது. X = 1; Li + இன் 100 % இடைக்கணிப்பு
= 0.372 Ah/g
= 372 mAh/g = 372 Ah/kg
குறிப்பிட்ட ஆற்றல் LiC 6 = 372*3.7 V
= 1376 Wh/kg
LiCoO2 (LCO)க்கான குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
குறிப்பிட்ட திறன் LiCoO 2
= 0.5 Li + + 0.5 e + Li 0.5 CoO 2 (x= 0.5, Li + இன் 50 % இடைவெளி)
= xF/n*Mol Wt
=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.
LiCoO 2 இன் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = 137*3.7 V = 507 Wh/kg (x= 0.5, Li + இன் 50 % இடைவெளி)
x மதிப்பை 1 ஆக எடுத்துக் கொண்டால் , குறிப்பிட்ட திறன் இரட்டிப்பாகும், 137*2= 274 mAh/g = 274 Ah/kg
LiCoO 2 இன் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = 274 *3.7 V (x= 1. Li + இன் முழு (100 %) இடைக்கணிப்பு)
= 1013 Wh/kg
LiFePO4 க்கான குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
LiFePO 4 இன் குறிப்பிட்ட திறன்
= xF/n*Mol Wt
= 26.8/157.75 = 169.9 mAh/g = 170 mAh/g = 170 Ah/kg
LiFePO 4 இன் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = 170*3.2 V = 544 Wh/kg
மின் வேதியியல் - ஒரு கலத்தின் தத்துவார்த்த குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
மின்வேதியியல் சக்தி மூலத்திலிருந்து பெறக்கூடிய அதிகபட்ச குறிப்பிட்ட ஆற்றல் பின்வருமாறு:
கோட்பாட்டு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = 26 . 8015 × ( nE/ Σmoles ) Wh/kg, n மற்றும் E ஆகியவை அவற்றின் வழக்கமான குறியீடுகளைக் கொண்டிருக்கும்; n , எதிர்வினையில் பங்கேற்கும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை மற்றும் E , செல் மின்னழுத்தம்.
குறிப்பு
- எஸ் மோல்ஸ் என்பது அனைத்து வினையாக்கிகளின் கூட்டுத்தொகையைக் குறிக்கிறது மற்றும் தயாரிப்புகளைப் பற்றி ஒருவர் கவலைப்படத் தேவையில்லை
- அலகு Wh / kg இல் கொடுக்கப்பட்டிருப்பதால் (Wh kg -1 என்றும் எழுதப்பட்டுள்ளது), மொத்த எடை கிலோ அலகுகளில் கொடுக்கப்பட வேண்டும்.
குறிப்பிட்ட ஆற்றல் முன்னணி-அமில செல்
கோட்பாட்டு குறிப்பிட்ட ஆற்றலைக் கணக்கிடுவதற்கு ஒரு பழக்கமான உதாரணம் எடுக்கப்படும்.
முதலில் நாம் எதிர்வினையை எழுதி, எதிர்வினைகளின் மோலார் மதிப்புகளைக் கணக்கிட வேண்டும். தயாரிப்புகளைப் பற்றி நாம் கவலைப்பட வேண்டியதில்லை. ஈய-அமில பேட்டரிக்கு, எதிர்வினை:
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O Eº = 2.04 V.
Σmoles = 239 +207+ 2*98 g இல்
= 0.642 கிலோ
கோட்பாட்டு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = 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.
Tobias Placke [ J Solid State Electrochem (2017) 21:1939 – 1964 ] படி, ஈய-அமில கலத்திற்கு கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளபடி குறிப்பிட்ட ஆற்றலையும் கணக்கிடலாம்:
ஒரு கலத்தின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் =
=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 கலத்தின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
2NiOOH + Cd ⇄ 2Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2 Eº = 1.33 V
தத்துவார்த்த குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = 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
இந்த அல்கலைன் செல்களில் உள்ள அக்வஸ் KOH எலக்ட்ரோலைட் செல் எதிர்வினையில் பங்கேற்காது மற்றும்
எனவே குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மதிப்புகளை கணக்கிடும் போது கருத்தில் கொள்ளப்படவில்லை. ஆனால், சில ஆசிரியர்கள்
கணக்கீட்டில் நீரின் எடையை சேர்க்க விரும்புகிறேன்.
Σ மோல்களை மாற்றினால் குறிப்பிட்ட ஆற்றலுக்கான எண்ணிக்கை 214.8 Wh/kg ஆகக் குறையும்.
0.332. முடிவு 214 ஆக இருக்கும் . 8 Wh/ கிலோ .
LiFePO4 கலத்தின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
(x=1. 100 % இடைவெளி)
= 26 8015 × ( nE/ Σmoles) Wh/kg
= 26.8 [(1*3.2)/(72+157.75) LiFePO4 + 6C + zero Li
= 26.8[(1*3.2)/(229.75)] = 26.8*0.013928
= 0.37329 Wh/g
= 373 Wh/kg
LCO கலத்தின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
(x=1; 100% இடைவெளி)
= 26 8015 × Wh/kg 169.87
= 26.8 [(1*3.7)/(72+97.87)] LiCoO 2 + 6C + zero Li
= 26.8 *[(3.7)/(169.87)]
= 26.8 *0.02178
= 0.58377 Wh/g
= 584 Wh/kg
x = 0.5 (Li அயனிகளின் 50 % இடைக்கணிப்பு) என்றால், நாம் 26.8 ஐ இந்த மதிப்பின் பாதியாக மாற்ற வேண்டும், அதாவது 13.4. இதன் விளைவாக 584/2 = 292 Wh/kg இருக்கும்.
ஒரு செல்/பேட்டரியின் நடைமுறை (உண்மையான) குறிப்பிட்ட ஆற்றல்
https://pushevs.com/2015/11/04/gs-yuasa-improved-cells-lev50-vs-lev50n/
நிகழ்நேர பேட்டரியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் = (சராசரி மின்னழுத்தம் * ஆ) / (பேட்டரியின் நிறை)
= (3.7 V*50 Ah 1 ) / 1.7 கிலோ (Yuasa LEV50 ஒற்றை செல்)
= 185 /1.7
= 108.8 Wh/kg
= (14.8*50)/ 7.5 (யுசா LEV50-4 பேட்டரி)
= 98.7 Wh/kg
பேட்டரியின் நிகழ் நேர ஆற்றல் அடர்த்தி = Wh/Volume = 17.1*4.4*11.5 = 865 cc
= 185/0.865 = 214 Wh / லிட்டர்
= Wh/Volume = 17.5*19.4*11.6 = 3938 cc = 3.94 லிட்டர்
= 14.8*50 / 3.94 = 187 Wh / லிட்டர்
கலத்திலிருந்து பேட்டரிக்கு (குறைந்த kWh) மாற்றும் போது குறிப்பிட்ட ஆற்றலில் சுமார் 10% குறைப்பு உள்ளது (குறைந்த kWh) மற்றும் கலத்திலிருந்து பேட்டரிக்கு (குறைந்த kWh) மாற்றும் போது ஆற்றல் அடர்த்தியில் சுமார் 13% குறைப்பு.
