الیکٹرو کیمسٹری کی تعریف
الیکٹرو کیمیکل پاور کے ذرائع یا بیٹریوں کا مطالعہ الیکٹرو کیمسٹری کے بین الضابطہ مضمون کے تحت کیا جاتا ہے جو الیکٹرانک کنڈکٹرز (فعال مواد) اور آئنک کنڈکٹرز (الیکٹرولائٹ) کے انٹرفیس پر ہونے والے رد عمل سے نمٹتا ہے، کیمیائی خلیوں سے برقی توانائی کی پیداوار (یا کیمیائی توانائی کی تبدیلی) برقی توانائی میں) اور اس کا الٹا رد عمل جہاں الیکٹرولائٹک خلیات کو کیمیائی تبدیلیوں کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
الیکٹرو کیمیکل پاور ذرائع (بیٹریز)
بیٹریوں میں توانائی کی تبدیلی کے عمل آکسیڈیشن-ریڈکشن ری ایکشنز (ریڈوکس ری ایکشنز) پر مبنی ہوتے ہیں۔ خلیوں کو الیکٹرولیٹک خلیوں اور گالوانک خلیوں میں درجہ بندی کیا گیا ہے۔ الیکٹرولائٹک خلیوں کی مثالیں وہ خلیات ہیں جو دھاتوں جیسے ایلومینیم، میگنیشیم وغیرہ اور بیٹریاں چارج ہونے پر نکالنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ Galvanic خلیات یا بیٹریاں الیکٹرولائٹک خلیات کے برخلاف ہمیں کرنٹ پہنچانے کی صلاحیت رکھتی ہیں، جس میں ہمیں رد عمل ہونے کے لیے کرنٹ منتقل کرنا پڑتا ہے۔
آکسیڈیشن کا سیدھا مطلب ہے الیکٹران/الیکٹرانز کو ہٹانا (خارج کے رد عمل کے دوران اینوڈس سے) اور کمی ان الیکٹرانوں کو ایک بیرونی سرکٹ کے ذریعے دوسرے الیکٹروڈ (کیتھوڈ) میں شامل کرنے کا عمل ہے، ایک آئن طریقے سے چلنے والا الیکٹرولائٹ اندر آئن کی منتقلی کا ذریعہ ہے۔ سیل. سیل ڈسچارج کے دوران، الیکٹران ایک بیرونی سرکٹ کے ذریعے اینوڈ (منفی پلیٹ) سے کیتھوڈ (مثبت پلیٹ) میں جاتے ہیں اور آئن سیل کے اندر بہہ کر کیمیائی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتے ہیں۔
انوڈ کے لئے عام مثالیں ہیں:
Li → Li + + e –
Pb → Pb 2+ + 2e –
Zn → Zn 2+ + 2e –
کیتھوڈس کی مثالیں ہیں:
PbO 2 ⇄ Pb 2+ +2e – (لیڈ ایسڈ بیٹری)
LiFePO 4 (لی آئرن سلفیٹ بیٹری)
NiOOH + 2e – ⇄ Ni(OH) 2 (Ni-cadmium بیٹری)
Cl 2 + 2e ⇄ 2Cl – (زنک کلورین بیٹری)
Br 2 + 2e ⇄ 2Br – (زنک برومائن بیٹری)
پرائمری اور سیکنڈری سیلز - الیکٹرو کیمسٹری
سیل ایک گالوانی نظام کی ایک آزاد اکائی ہے۔ جب ایک سے زیادہ سیل یا تو سیریز یا متوازی انداز میں جڑے ہوتے ہیں، اس ترتیب کو بیٹری کہا جاتا ہے۔ سیل کے ضروری اجزاء ہیں مثبت الیکٹروڈ یا پلیٹ (کیتھوڈ)، منفی الیکٹروڈ یا پلیٹ (انوڈ)، الیکٹرولائٹ اور دیگر غیر فعال اجزاء جیسے کنٹینر، الگ کرنے والا، چھوٹے حصے جیسے بس کی سلاخیں، ستون کی چوکیاں، ٹرمینل پوسٹس وغیرہ۔
Galvanic خلیات کو بنیادی اور ثانوی (یا ریچارج قابل یا ذخیرہ کرنے والے) خلیوں میں درجہ بندی کیا جاتا ہے۔ پرائمری سیلز میں، فعال مادوں کے ختم ہونے کی وجہ سے مادہ ختم ہونے کے بعد رد عمل کو تبدیل نہیں کیا جا سکتا، جب کہ ثانوی خلیوں میں فعال مادوں کو سیل میں کرنٹ گزر کر سابقہ حالت میں لایا جا سکتا ہے۔ مخالف سمت.
پرائمری سیلز کی مانوس مثالیں کلائی گھڑیوں، الیکٹرک ٹارچز اور ٹی وی ریموٹ اور اے سی ریموٹ جیسے بہت سے کنٹرولز میں استعمال ہونے والے خلیات ہیں۔ آٹوموبائل شروع کرنے اور گھریلو انورٹرز/UPS اور Ni-Cd، Ni-MH اور Li-ion سیل کے لیے استعمال ہونے والی ہر جگہ لیڈ ایسڈ بیٹری ثانوی بیٹریوں کی مثالیں ہیں۔ ایندھن کے خلیات (بنیادی) بیٹریوں سے اس لحاظ سے مختلف ہوتے ہیں کہ رد عمل والے اجزاء باہر سے کھلائے جاتے ہیں، جیسا کہ بیٹریوں کے اندر ان کی دستیابی کے برعکس۔
الیکٹروڈز (آدھے خلیات) اور سیل کا وولٹیج اور گالوانک خلیوں کی ماس سے آزاد وجود:
الیکٹروڈ کا پوٹینشل (وولٹیج) ایک بنیادی الیکٹرو کیمیکل پراپرٹی ہے اور اس کی قدر الیکٹروڈ مواد کی مقدار پر منحصر نہیں ہے۔ تھرموڈینامیکل طور پر یہ الیکٹروڈ کی صلاحیت (جو کہ ایک وسیع پراپرٹی ہے) کے مقابلے میں ایک گہری خاصیت ہے جو اس میں موجود فعال مواد کے بڑے پیمانے پر منحصر ہے۔
سیل کا وولٹیج انوڈ (منفی الیکٹروڈ یا پلیٹ) اور کیتھوڈ (مثبت الیکٹروڈ یا پلیٹ) کی دو الیکٹروڈ پوٹینشل یا وولٹیج کی قدروں کا مجموعہ ہے۔ منفی الیکٹروڈ کی ممکنہ قدریں ہمیشہ منفی ہوتی ہیں (EMF سیریز میں صفر وولٹ سے نیچے، معیارات کی نصابی کتابیں یا ہینڈ بک دیکھیں)۔ صفر وولٹ سے مراد ہائیڈروجن الیکٹروڈ (SHE) کی معیاری الیکٹروڈ پوٹینشل ہے۔
منفی الیکٹروڈ مواد ہمیشہ دھاتیں یا مرکب دھاتیں ہیں، کاربن اور ہائیڈروجن جیسے چند مستثنیات کے ساتھ، جو Ni-MH اور Ni-H2 خلیوں میں منفی فعال مواد ہیں۔ کیتھوڈس میں مثبت صلاحیتیں ہوتی ہیں اور وہ زیادہ تر آکسائیڈز، ہالائیڈز، سلفائیڈز وغیرہ ہوتے ہیں، آکسیجن کے علاوہ جو دھاتی ہوا کے خلیات میں کیتھوڈ فعال مواد کے طور پر کام کرتا ہے۔ سیل کے اندر آئنوں کو چلانے کے لیے ایک الیکٹرولائٹ ہونا چاہیے۔
وولٹیج کرنٹ کے لیے محرک قوت ہے۔ یہ مثبت اور منفی پوٹینشل کی دو قدروں کا مجموعہ (الجبرائی فرق) ہے۔ وولٹیج کو پانی کے ٹینک کی اونچائی یا ٹینک میں پانی کی سطح اور کرنٹ کو ٹینک سے نکلنے والے پائپ کے قطر سے تشبیہ دی جا سکتی ہے۔ ٹینک میں پانی کی سطح جتنی اونچی ہوگی اتنی ہی تیزی سے پانی باہر آئے گا۔ اسی طرح پائپ کا قطر جتنا زیادہ ہوگا، پانی کا حجم اتنا ہی زیادہ نکلے گا۔
سیل کے وولٹیج کا تعین کیسے کریں؟
سیل وولٹیج کا تعین دو الیکٹروڈ پوٹینشل ویلیوز سے کیا جا سکتا ہے یا گِبز مساوات اور سٹینڈرڈ گِبس فری انرجی آف فارمیشن (Δ f G ˚) کا استعمال کر کے اس کی گنتی کی جا سکتی ہے۔ معیاری گِبس فری انرجی آف فارمیشن مرکب کی وہ تبدیلی ہے جو گِبس فری انرجی کی تبدیلی ہے جو کسی مادے کے 1 mole کی اس کی معیاری حالت میں اس کے جزو عناصر سے اس کی معیاری حالت میں ہوتی ہے (عنصر کی 1 بار دباؤ اور مخصوص درجہ حرارت پر سب سے زیادہ مستحکم شکل، عام طور پر 298.15 K یا 25 °C)۔
گبز مفت توانائی (G)
تھرموڈینامکس میں، گبز فری انرجی اس کام کا ایک پیمانہ ہے جسے کسی سسٹم سے نکالا جا سکتا ہے اور بیٹریوں کے معاملے میں، ایک الیکٹروڈ (اینوڈ) پر آئنوں کو آزاد کرکے دوسرے (کیتھوڈ) میں حرکت کے بعد کام کیا جاتا ہے۔ توانائی میں تبدیلی بنیادی طور پر کیے گئے کام کے برابر ہوتی ہے، اور galvanic سیل کی صورت میں، مصنوعات کو جنم دینے کے لیے ری ایکٹنٹس کے درمیان کیمیائی تعامل کی وجہ سے برقی کام آئنوں کی حرکت کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ لہذا، توانائی Δ G کے لحاظ سے دی جاتی ہے، گِب کی آزاد توانائی میں تبدیلی ، جو زیادہ سے زیادہ کیمیائی توانائی کی نمائندگی کرتی ہے جو توانائی کی تبدیلی کے عمل کے دوران حاصل کی جا سکتی ہے۔
جب بھی کوئی ردعمل ہوتا ہے، نظام کی آزاد توانائی میں تبدیلی آتی ہے:
∆G = – nFE°
جہاں F = مستقل جسے فیراڈے کہا جاتا ہے (96,485 C یا 26.8 Ah)
n = اسٹوچیومیٹرک رد عمل میں شامل الیکٹرانوں کی تعداد
E ° = معیاری پوٹینشل، V۔
∆G کی قدروں کو دیگر تین قدروں، n، F اور E سے شمار کیا جا سکتا ہے۔
galvanic سیل کے سیل وولٹیج کو اظہار سے شمار کیا جا سکتا ہے۔
ΔG° = ΣΔG° f مصنوعات – ΣΔG° f ری ایکٹنٹس
فارمیشن کی معیاری داڑھ سے پاک توانائیاں معیاری نصابی کتابوں سے حاصل کی جا سکتی ہیں [ہنس بوڈ، لیڈ ایسڈ بیٹریز، جان ولی، نیویارک، 1977، صفحہ 366]۔
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O
ΔG° = ΣΔG° f مصنوعات – ΣΔG° f ری ایکٹنٹس
∆Gº = [2( − 193. 89) + 2(−56 . 69)] − [ (−52 . 34) + 0 – 2 ( −177 . 34 ) ]
= – 94 14 کلو کیلوری / تل
= – 94 14 kcal / mole × 4 184 kJ / mole
= – 393 88 kJ / mole
Eº = − Δ Gº/nF
= − ( −393 . 88 × 1000) / 2 × 96485
= 2 04 وی
مفت توانائی میں اسی طرح کا اضافہ سسٹم پر ہونے والے برقی کام کے برابر ہے۔ لہذا،
−ΔG = nFE یا ΔG = −nFE اور ΔGº = −nFEº۔
الیکٹروڈ پوٹینشل سے سیل وولٹیج
دو الیکٹروڈ پوٹینشل کا مجموعہ سیل کو وولٹیج دے گا:
ای سیل = ای کیتھوڈ یا مثبت الیکٹروڈ – ای اینوڈ یا منفی الیکٹروڈ
یا ای سیل = ای پی پی – ای این پی
انٹرنیشنل یونین آف پیور اینڈ اپلائیڈ کیمسٹری (IUPAC) کے 1953 اور 1968 کے کنونشنز کے مطابق، ایک گالوانک سیل کو اس طرح لکھا جاتا ہے کہ دائیں ہاتھ کا الیکٹروڈ (RHE) مثبت الیکٹروڈ ہے جہاں کمی واقع ہوتی ہے اور بائیں ہاتھ کا الیکٹروڈ منفی الیکٹروڈ ہے، جہاں آکسیکرن ہوتا ہے اور الیکٹران بائیں سے دائیں طرف بہہ جاتے ہیں۔ [ میک نکول بی ڈی؛ McNicol BD میں رینڈ، DAJ؛ رینڈ، DAJ (ed.) بجلی کے ذرائع برائے الیکٹرک وہیکلز، باب 4، ایلسیویئر، ایمسٹرڈیم، 1984 ] ۔ RHE کیتھوڈ ہے اور LHE اینوڈ ہے۔
E سیل = E RHE − E LHE
الیکٹروڈ پوٹینشل کی قدریں ٹیکسٹ بکس اور ہینڈ بک سے حاصل کی جا سکتی ہیں۔
لیڈ ایسڈ سیل کے لیے الیکٹروڈ پوٹینشل سے سیل وولٹیج
ای سیل = ای کیتھوڈ یا مثبت الیکٹروڈ – ای اینوڈ یا منفی الیکٹروڈ
LHE Pb½H 2 SO 4 ½H 2 SO4½PbO 2 RHE
RHE Pb 4 + + 2e ⇄ Pb 2+ اور کے لیے کیتھوڈ E ° Rev = 1.69 V ہے
LHE anode E ° Rev = −0.358 V for Pb º − 2e _ Pb 2+
E سیل = 1.69 – (-0.358) = 2.048 V۔
Ni-Cd سیل کے لیے الیکٹروڈ پوٹینشل سے سیل وولٹیج
RHE Cd|KOH|KOH|NiOOH LHE
LHE E ° Rev = 0.49 برائے NiOOH +2e ⇄Ni(OH)
RHE E ° Rev = – 0.828 V برائے Cd ⇄ Cd 2+ +2e
ای سیل = 0 ۔ 49 V − ( − 0 . 828) = 1 ۔ 318 وی
معیاری حالات میں نکل الیکٹروڈ کا E ° Rev 0.49 V ہے۔ MH الیکٹروڈ کا E ° Rev ہائیڈرائیڈ بنانے والے مواد کے جزوی دباؤ پر منحصر ہے، بقول
2MH ⇄ 2M + H 2 ↑
MH الیکٹروڈ کا ترجیحی جزوی ہائیڈروجن پریشر 0.01 بار کے آرڈر کا ہے، E ° Rev عام طور پر -0.930 اور -0.860 V کے درمیان ہوتا ہے۔
ای سیل = 0 ۔ 49 V − ( − 0 . 89) = 1 ۔ 3 وی۔
ایل سی او کیمسٹری کے لی آئن سیل کے لیے الیکٹروڈ پوٹینشل سے سیل وولٹیج
RHE C | DMC +DEC +PC میں LiPF 6 | LiCoO 2 LHE
RHE E ° Rev = 0.1 V (بمقابلہ Li دھات) LiC 6 کے لیے ⇄ xLi + + xe + C 6
LHE E ° Rev = 3.8 V (بمقابلہ لی دھات) Li 1-x CoO 2 + xe ڈسچارج → LiCoO 2 کے لیے
کل ردعمل ہے C 6 + LiCoO 2 ⇄ Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
E سیل = 3.8 – (0.1) = 3.7 V۔
LiFePO4 کیمسٹری کے Li-ion سیل کے لیے الیکٹروڈ پوٹینشل سے سیل وولٹیج
RHE C | LiPF 6 یا LiODFB in (EC+EMC+DEC) | LiFePO 4 LHE
RHE E ° Rev = 0.1 V (بمقابلہ Li دھات) LiC 6 کے لیے ⇄ xLi + + xe + C 6
LHE E ° Rev = 3.5 V (بمقابلہ لی دھات) FePO 4 + xe + xLi + = خارج ہونے والا → xLiFePO 4 + (1-x) FePO 4
LIODFB = Lithium difluoro(oxalato)borate
کل ردعمل LiFePO 4 + 6C →LiC 6 + FePO 4
ای سیل = 3.3 – (0.1) = 3.2 V
جستی خلیوں کی بڑے پیمانے پر منحصر مقدار: کرنٹ، طاقت اور توانائی
پاور واٹس کی اکائی میں دی جاتی ہے اور ٹائم فیکٹر پاور میں شامل نہیں ہوتا ہے۔
P = W = V*A
توانائی سے مراد وقت کی ایک مدت میں خرچ کی گئی طاقت ہے اور اس لیے یونٹ میں گھنٹے شامل ہوتے ہیں۔
توانائی 1 ڈبلیو سیکنڈ = 1 جول
توانائی = Wh = W*h = V*A*h = 3600 joules۔
1 kWh = 1000 Wh.
صلاحیت بجلی کی مقدار (Ah) ہے جسے ایک بیٹری فراہم کر سکتی ہے۔
اگر Wh یا kWh کی دو اصطلاحات دی جائیں تو دوسری کا حساب لگایا جا سکتا ہے (Wh = VAh)۔
12 V بیٹری میں سے 850 Wh 850 Wh/12 V = 71 Ah فراہم کر سکتی ہے۔ یہ 71 ہجری کتنی مدت تک کھینچی جا سکتی ہے اس کا انحصار نہ صرف کرنٹ پر ہے بلکہ کیمسٹری کی قسم پر بھی ہے۔ مثال کے طور پر، ایک Li-ion بیٹری، 1 گھنٹے کے لیے 70 A فراہم کر سکتی ہے۔ لیکن دوسری طرف لیڈ ایسڈ بیٹری 1 گھنٹہ تک کھڑی رہ سکتی ہے اگر ڈسچارج کرنٹ 35 A ہے۔ لیکن، VRLA بیٹری 70A صرف 40 منٹ سے بھی کم کے لیے فراہم کر سکتی ہے۔
70 A = 70 A*3.6 V = 252 W پر لی-آئن سیل کے ذریعے فراہم کردہ واٹ۔
لیکن لیڈ ایسڈ سیل کے ذریعہ 70 A = 70 A * 1.9 V = 133 W پر فراہم کردہ واٹج۔
کوئی دیکھ سکتا ہے کہ لی آئن سیل اسی کرنٹ کے لیے فی سیل کی بنیاد پر زیادہ واٹج فراہم کر سکتا ہے۔
اسی طرح 70 A = 70 A*3.6 V * 1h = 252 Wh پر لی-آئن سیل کے ذریعے فراہم کردہ توانائی۔
لیکن 70 A = 70 A* 1.9 V * 0.66 h = 88 Wh پر VR لیڈ ایسڈ سیل کے ذریعے فراہم کردہ توانائی۔
ہم دیکھ سکتے ہیں کہ لی آئن سیل اسی کرنٹ کے لیے فی سیل کی بنیاد پر زیادہ توانائی فراہم کر سکتا ہے۔
مخصوص صلاحیت Ah فی یونٹ وزن (Ah/kg یا mAh/g) ہے۔
مخصوص توانائی Wh فی یونٹ وزن (Wh/kg) ہے۔
توانائی کی کثافت Wh فی یونٹ والیوم (Wh/liter) ہے۔
نوٹ:
گریوی میٹرک توانائی کی کثافت کی اصطلاح کو مخصوص توانائی اور حجمی توانائی کی کثافت توانائی کی کثافت سے بدل دیا گیا ہے۔
الیکٹرو کیمسٹری - الیکٹروڈ فعال مواد کی نظریاتی مخصوص صلاحیت اور نظریاتی مخصوص توانائی
بجلی کی اکائی کولمب ہے جو کہ 1 ایمپیئر سیکنڈ (As) ہے۔ Faraday constant (F) سے مراد الیکٹران کے 1 mole کے ذریعے چارج کی مقدار ہے۔ چونکہ 1 الیکٹران کا چارج 1.602 x 10 – 19 کولمب (C) ہے، اس لیے الیکٹران کے ایک تل کا چارج 96485 C/mole ہونا چاہیے۔
1 F = 1 (6.02214 *10 23 ) * (1.60218*10 -19 C) = 96485 C (یعنی 96485 C/mole)
6.02214 *10 23 Avogadro نمبر (Avogadro constant) ہے، جس کی تعریف اس مادہ کے ایک تل میں ایٹموں، moles یا آئنوں کی تعداد کے طور پر کی جاتی ہے۔ یہ کسی مادے کی کمیت کو مادہ میں موجود ذرات کی تعداد سے جوڑنے میں مفید ہے۔ اس طرح، کسی بھی مادہ کے 0.2 تل میں ذرات کی 0.2 *ایوگاڈرو تعداد ہوگی۔ جدید تجربات پر مبنی الیکٹران پر چارج 1.60217653 x 10 -19 کولمب فی الیکٹران ہے۔ اگر آپ الیکٹران کے ایک تل پر چارج کو ایک الیکٹران پر چارج سے تقسیم کرتے ہیں تو آپ کو ایوگاڈرو کے نمبر 6.02214154 x 10 23 ذرات فی مول کی قیمت حاصل ہوتی ہے [ https://www.scientificamerican.com/article/how-was-avogadros -نمبر/ ]۔
1 F 96485 C/mole = 96485 As/60*60 s = 26.8014 Ah/mole
لیڈ ایسڈ سیل کے لیے مخصوص صلاحیت اور مخصوص توانائی
سالماتی وزن یا گرام میں جوہری وزن کو رد عمل میں حصہ لینے والے الیکٹرانوں کی تعداد سے تقسیم کرنے سے گرام متعلقہ مواد کے برابر ہوتا ہے۔ ایک گرام کے مساوی 96,485 کولمبس فراہم کرے گا (زیادہ تر مصنفین اسے 96,500 C پر گول کرتے ہیں) جو کہ 26.8014 Ah کے برابر ہے۔
207.2 جی لیڈ میٹل کو 2F بجلی = 2 × 26 کے برابر کیا جا سکتا ہے ۔ 8014 ھ = 53.603 ھ۔ (رد عمل: Pb → Pb 2+ + 2e – )۔
اس لیے لیڈ ایسڈ سیل میں منفی ایکٹیو میٹریل (NAM) کی مقدار 1 Ah کے لیے درکار ہے (جسے صلاحیت کثافت کہا جاتا ہے ) = 207.2 / 53 ۔ 603 = 3.866 g /Ah [ بوڈ، ہنس، لیڈ ایسڈ بیٹریاں، جان ولی، نیویارک، 1977، صفحہ 292. ]۔
صلاحیت کی کثافت کے متواتر کو مخصوص صلاحیت کہا جاتا ہے۔
مخصوص صلاحیت = nF / سالماتی وزن یا جوہری وزن۔ (n = رد عمل میں حصہ لینے والے الیکٹرانوں کی تعداد)۔
منفی فعال مواد کی مخصوص صلاحیت
منفی فعال مواد (NAM) کی مخصوص صلاحیت ، Pb = 56.3/207.2 = 0.259 mAh /g = 259 Ah/kg۔ یہ قدر سیل کے توازن پوٹینشل سے ضرب کیا جاتا ہے نظریاتی مخصوص توانائی ہے۔ NAM لیڈ کی نظریاتی مخصوص توانائی = 259*2.04 V = 528.36 Wh/kg
مثبت فعال مواد کی مخصوص صلاحیت (PAM)
اسی طرح، لیڈ ایسڈ سیل میں مثبت فعال مواد کی مقدار 1 Ah کے لیے درکار ہے (جسے صلاحیت کی کثافت کہا جاتا ہے ) = 239.2 / 53 ۔ 603 = 4.46 گرام / آہ۔
مثبت فعال مواد (PAM) کی مخصوص صلاحیت، PbO 2 = 56.3/239 = 0.224 mAh /g = 224 Ah/kg۔ PAM لیڈ ڈائی آکسائیڈ کی نظریاتی مخصوص توانائی = 224*2.04 V = 456.96 Wh/kg۔
لتیم آئن سیل
لی آئن سیل کاربن انوڈ کے لیے مخصوص صلاحیت اور مخصوص توانائی
LiC 6 کی مخصوص گنجائش = xF/n*سالماتی وزن
= 1 * 26.8/ 1*72 mAh/g
LiC 6 بنانے کے لیے Li سٹوریج کا تل۔ چونکہ Li LCO کیتھوڈ سے دستیاب ہے، اس لیے اس کا ماس کل اینوڈ ماس کے حساب سے نہیں لیا جاتا ہے۔ صرف کاربن کو مدنظر رکھا جاتا ہے۔ ایکس = 1; Li + کا 100 % انٹرکیلیشن )
= 0.372 Ah/g
= 372 mAh/g = 372 Ah/kg
مخصوص توانائی LiC 6 = 372*3.7 V
= 1376 Wh/kg
LiCoO2 (LCO) کے لیے مخصوص صلاحیت اور مخصوص توانائی
مخصوص صلاحیت LiCoO 2
= 0.5 Li + + 0.5 e + Li 0.5 CoO 2 (x = 0.5، Li + کا 50 % انٹرکلیشن)
= 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 کی مخصوص توانائی = 137*3.7 V = 507 Wh/kg (x= 0.5، Li + کا 50% انٹرکلیشن)
اگر قیمت x کو 1 کے طور پر لیا جائے تو مخصوص صلاحیت دوگنی ہو جائے گی، 137*2= 274 mAh/g = 274 Ah/kg
LiCoO 2 کی مخصوص توانائی = 274 *3.7 V (x= 1. مکمل (100%) لی + )
= 1013 Wh/kg
LiFePO4 کے لیے مخصوص صلاحیت اور مخصوص توانائی
LiFePO 4 کی مخصوص صلاحیت
= xF/n*Mol Wt
= 26.8/157.75 = 169.9 mAh/g = 170 mAh/g = 170 Ah/kg
LiFePO 4 کی مخصوص توانائی = 170*3.2 V = 544 Wh/kg
الیکٹرو کیمسٹری - ایک خلیے کی نظریاتی مخصوص توانائی
الیکٹرو کیمیکل پاور سورس سے اخذ کی جانے والی زیادہ سے زیادہ مخصوص توانائی اس کے ذریعے دی جاتی ہے:
نظریاتی مخصوص توانائی = 26 ۔ 8015 × ( nE/ Σmoles ) Wh/kg جہاں n اور E کے معمول کے اشارے ہوتے ہیں۔ n ، رد عمل میں حصہ لینے والے الیکٹرانوں کی تعداد اور E ، سیل وولٹیج۔
نوٹ
- S moles سے مراد تمام ری ایکٹنٹس کا خلاصہ ہے اور کسی کو مصنوعات کے بارے میں فکر کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔
- چونکہ یونٹ Wh/kg میں دیا جاتا ہے (Wh kg -1 بھی لکھا جاتا ہے)، کل وزن کلوگرام کی اکائیوں میں دیا جانا ہے۔
مخصوص توانائی کا لیڈ ایسڈ سیل
نظریاتی مخصوص توانائی کے حساب کتاب کے لیے ایک مانوس مثال لی جائے گی۔
سب سے پہلے ہمیں ردعمل لکھنا ہوگا اور ری ایکٹنٹس کی داڑھ کی قدروں کا حساب لگانا ہوگا۔ ہمیں مصنوعات کے بارے میں فکر کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ لیڈ ایسڈ بیٹری کے لیے، ردعمل یہ ہے:
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 کلوگرام
نظریاتی مخصوص توانائی = 26 ۔ 8 × ( nE/ Σmoles) Wh/kg
= 26.8*(2*2.04/0.642) wh/kg
= 26.8015*(6.3551) Wh/kg
= 170.3 گھنٹہ/کلوگرام۔
Tobias Placke [ J Solid State Electrochem (2017) 21:1939 – 1964 ] کے مطابق، مخصوص توانائی کا حساب بھی لیا جا سکتا ہے جیسا کہ لیڈ ایسڈ سیل کے لیے ذیل میں دیا گیا ہے:
سیل کی مخصوص توانائی =
=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 سیل کی مخصوص توانائی
2NiOOH + Cd ⇄ 2Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2 Eº = 1.33 V
نظریاتی مخصوص توانائی = 26 ۔ 8 × ( nE/ Σmoles) Wh/kg
= 26.8*(2*1.33/0.296) wh/kg
= 26.8015*(8.9865) Wh/kg
= 240.8 گھنٹہ/کلوگرام
ان الکلین خلیات میں پانی والے KOH الیکٹرولائٹ سیل کے رد عمل میں حصہ نہیں لیتے ہیں اور
اس لیے مخصوص توانائی کی قدروں کا حساب لگاتے وقت اس پر غور نہیں کیا جاتا۔ لیکن، کچھ مصنفین
حساب میں پانی کا وزن شامل کرنا چاہیں گے۔
پھر مخصوص توانائی کا اعداد و شمار 214.8 Wh/kg تک آ جائے گا اگر Σ moles کی جگہ لے لی جائے
0.332. نتیجہ 214 ہوگا۔ 8 گھنٹہ/کلوگرام
LiFePO4 سیل کی مخصوص توانائی
(x=1. 100% تعامل)
= 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 Wh/g
= 373 Wh/kg
LCO سیل کی مخصوص توانائی
(x=1؛ 100% انٹرکالیشن)
= 26 ۔ 8015 × گھنٹہ/کلوگرام 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 Wh/g
= 584 Wh/kg
اگر x = 0.5 (Li ions کا 50% intercalation)، تو ہمیں 26.8 کو اس قدر کے نصف سے بدلنا ہوگا، یعنی 13.4۔ نتیجہ 584/2 = 292 Wh/kg ہوگا۔
سیل/بیٹری کی عملی (حقیقی) مخصوص توانائی
https://pushevs.com/2015/11/04/gs-yuasa-improved-cells-lev50-vs-lev50n/
بیٹری کی حقیقی وقت کی مخصوص توانائی = (میان وولٹیج * آہ) / (بیٹری کا ماس)
= (3.7 V*50 Ah 1 ) / 1.7 kg (Yuasa LEV50 سنگل سیل)
= 185/1.7
= 108.8 Wh/kg
= (14.8*50)/ 7.5 (Yuasa LEV50-4 بیٹری)
= 98.7 Wh/kg
بیٹری کی حقیقی وقت میں توانائی کی کثافت = Wh/ والیوم = 17.1*4.4*11.5 = 865cc
= 185/0.865 = 214 Wh / لیٹر
= Wh/حجم = 17.5*19.4*11.6 = 3938 cc = 3.94 لیٹر
= 14.8*50 / 3.94 = 187 Wh / لیٹر
جب سیل سے بیٹری (کم kWh) میں تبدیلی ہوتی ہے تو مخصوص توانائی میں تقریباً 10% کمی ہوتی ہے اور جب سیل سے بیٹری میں تبدیلی ہوتی ہے تو توانائی کی کثافت میں تقریباً 13% کمی ہوتی ہے (کم kWh)
