تسمى كمية الكهرباء التي يمكن للبطارية إطلاقها في ظل ظروف تفريغ معينة اسم سعة البطارية، ويشار إليها بالرمز C. وعادةً ما يتم التعبير عن وحدتها بـ A·h أو mA·h.
1. القدرة النظرية (C0)
السعة النظرية هي كمية الكهرباء التي يمكن أن توفرها البطارية بافتراض أن جميع المواد النشطة تشارك في تفاعل تشكيل التدفق. يمكن حساب السعة النظرية بدقة باستخدام كمية المادة الفعالة المستخدمة في معادلة تفاعل البطارية، بناءً على المعادل الكهروكيميائي للمادة الفعالة المحسوبة وفقًا لقانون فاراداي.
ينص قانون فاراداي على أنه عندما يمر تيار كهربائي عبر محلول إلكتروليت، فإن كمية المادة التي تخضع لتفاعل كيميائي في الأقطاب الكهربائية تتناسب طرديا مع كمية الكهرباء التي تمر عبره. رياضيا يمكن التعبير عن ذلك بـ ...
ينص قانون فاراداي على أنه عندما يمر تيار كهربائي عبر محلول إلكتروليت، فإن كمية المادة التي تخضع لتفاعل كيميائي عند القطب تتناسب طرديا مع كمية الكهرباء التي تمر عبره. رياضيا يتم التعبير عن ذلك على النحو التالي:
حيث Q هي كمية الكهرباء التي تمر عبر تفاعل القطب (A·h)؛
م هي كتلة المادة الفعالة المتفاعلة (ز)؛
M هي الكتلة المولية للمادة الفعالة (جم/مول)؛
F هو ثابت فاراداي، تقريبًا 96500 C/mol أو 26.8 A·h/mol.
يمكن أيضًا فهم المعادلة (2-6) على أنها كمية الكهرباء Q المنطلقة بعد التفاعل الكامل لمادة فعالة كتلتها m. كمية الكهرباء Q هي السعة النظرية (C₀) للمادة الفعالة عند القطب، وهي تمثل كمية الكهرباء المنبعثة عندما تشارك المادة الفعالة ذات الكتلة m بشكل كامل في التفاعل.
ولذلك يمكن أيضاً كتابة المعادلة (2-6) على النحو التالي:
في الصيغة، تمثل K المعادل الكهروكيميائي للمادة الفعالة، K=M / 26.8 [g/(A·h)]، والتي تشير إلى كتلة المادة النشطة المطلوبة للحصول على 1 A·h من الشحن. الصيغة (2-7) هي صيغة حساب السعة النظرية للمواد الفعالة للإلكترود. يتم عرض المعادلات الكهروكيميائية للمواد الفعالة للإلكترود شائعة الاستخدام في الجدول 2-2. يمكن استخدام المعادل الكهروكيميائي لمقارنة السعة النظرية المحددة لمواد الإلكترود.
جدول 2-2 المكافئات الكهروكيميائية للمواد الفعالة للأقطاب الكهربائية شائعة الاستخدام
| المادة الفعالة | الكتلة المولية/(جم/مول) | عدد الإلكترونات المتولدة في التفاعل (ن) | المكافئ الكهروكيميائي [g/(A·h)] |
|---|---|---|---|
| H₂ | 2.0 | 2 | 0.037 |
| لي | 6.94 | 1 | 0.259 |
| الزنك | 65.4 | 2 | 1.220 |
| قرص مضغوط | 112.4 | 2 | 2.220 |
| الرصاص | 207.2 | 2 | 3.737 |
| MnO₂ | 85.0 | 1 | 3.167 |
| ني (أوه) ₂ | 92.7 | 1 | 3.456 |
| PbO₂ | 239.2 | 2 | 4.463 |
2. السعة المقدرة (C₀)
السعة المقدرة هي الحد الأدنى من السعة التي يجب أن تفرغها البطارية في ظل ظروف تفريغ معينة (مثل درجة الحرارة ومعدل التفريغ وجهد الإنهاء) على النحو المنصوص عليه في المعايير الوطنية أو المعايير الإدارية ذات الصلة.
3. القدرة الفعلية (ج)
أثناء التفريغ الحالي المتغير
في الصيغة، I - يمثل تيار التفريغ، وهو دالة لوقت التفريغ t؛
T - يمثل الوقت من التفريغ إلى جهد الإنهاء.
بسبب المقاومة الداخلية وعوامل أخرى، لا يمكن الاستفادة من المادة الفعالة بالكامل؛ أي أن معدل استخدام المادة الفعالة يكون دائمًا أقل من 1. لذلك، تكون القدرة الفعلية والقدرة المقدرة لمصدر الطاقة الكيميائية دائمًا أقل من القدرة النظرية. يتم تعريف معدل استخدام المادة الفعالة على أنه ...
حيث m هي كتلة المادة الفعالة؛
m₁ هي كتلة المادة الفعالة المستهلكة عند تحرير السعة الفعلية.
ترتبط السعة الفعلية للبطارية ارتباطًا وثيقًا بتيار التفريغ. أثناء تفريغ التيار العالي-، يزداد استقطاب القطب الكهربي، وتزداد المقاومة الداخلية، وينخفض جهد التفريغ بسرعة، وتقل كفاءة طاقة البطارية، مما يؤدي إلى انخفاض السعة الفعلية المتحررة. وعلى العكس من ذلك، في ظل ظروف التفريغ ذات المعدل المنخفض-، ينخفض جهد التفريغ ببطء، وغالبًا ما تكون السعة الفعلية التي تطلقها البطارية أعلى من السعة المقدرة.
4. القدرة المتبقية
تشير السعة المتبقية إلى السعة القابلة للاستخدام المتبقية بعد تفريغ البطارية بمعدل تفريغ معين. يتأثر تقدير وحساب السعة المتبقية بعوامل مثل معدل التفريغ ووقت التفريغ أثناء الاستخدام الأولي للبطارية، بالإضافة إلى درجة تقادم البطارية وبيئة التطبيق، مما يجعل التقدير الدقيق صعبًا إلى حد ما.
5. ن - سعة معدل الساعة
تشير سعة معدل n-ساعة إلى كمية الكهرباء المنطلقة بواسطة بطارية مشحونة بالكامل عند تفريغها بمعدل تيار تفريغ n-ساعة حتى يتم الوصول إلى جهد الإنهاء المحدد.
6. القدرة القابلة للاستخدام
تشير السعة القابلة للاستخدام إلى كمية الكهرباء المنبعثة من بطارية مشحونة بالكامل في ظل ظروف محددة.
