Mängden elektricitet ett batteri kan släppa ut under vissa urladdningsförhållanden kallas batterikapacitet, betecknat med symbolen C. Dess enhet uttrycks vanligtvis som Ah eller mA·h.
1. Teoretisk kapacitet (C0)
Teoretisk kapacitet är mängden elektricitet som ett batteri kan ge förutsatt att alla aktiva material deltar i den-flödesbildande reaktionen. Teoretisk kapacitet kan exakt beräknas med hjälp av mängden aktivt material som används i batterireaktionsekvationen, baserat på den elektrokemiska ekvivalenten av det aktiva materialet beräknat enligt Faradays lag.
Faradays lag säger att när en elektrisk ström passerar genom en elektrolytlösning är mängden ämne som genomgår en kemisk reaktion vid elektroderna direkt proportionell mot mängden elektricitet som passerar igenom. Matematiskt kan detta uttryckas som...
Faradays lag säger att när en elektrisk ström passerar genom en elektrolytlösning är mängden ämne som genomgår en kemisk reaktion vid elektroden direkt proportionell mot mängden elektricitet som passerar igenom. Matematiskt uttrycks detta som:
Där Q är mängden elektricitet som passerar genom elektrodreaktionen (A·h);
m är massan av den aktiva substansen som reagerar (g);
M är molmassan av den aktiva substansen (g/mol);
F är Faraday-konstanten, cirka 96500 C/mol eller 26,8 Ah/mol.
Ekvation (2-6) kan också förstås som mängden elektricitet Q som frigörs efter fullständig reaktion av en aktiv substans med massan m. Mängden elektricitet Q är den teoretiska kapaciteten (C₀) för den aktiva substansen vid elektroden, som representerar mängden elektricitet som frigörs när den aktiva substansen med massan m deltar fullt ut i reaktionen.
Därför kan ekvation (2-6) också skrivas som:
I formeln representerar K den elektrokemiska ekvivalenten av det aktiva materialet, K=M / 26,8 [g/(A·h)], vilket hänvisar till massan av det aktiva materialet som krävs för att erhålla 1 Ah·h laddning. Formel (2-7) är formeln för att beräkna den teoretiska kapaciteten hos elektrodaktiva material. De elektrokemiska ekvivalenterna för vanliga elektrodaktiva material visas i Tabell 2-2. Den elektrokemiska ekvivalenten kan användas för att jämföra den teoretiska specifika kapaciteten hos elektrodmaterial.
Tabell 2-2 Elektrokemiska ekvivalenter för vanligt använda elektrodaktiva material
| Aktivt ämne | Molar massa/(g/mol) | Antal elektroner som genereras i reaktionen (n) | Elektrokemisk ekvivalent [g/(A·h)] |
|---|---|---|---|
| H₂ | 2.0 | 2 | 0.037 |
| Li | 6.94 | 1 | 0.259 |
| Zn | 65.4 | 2 | 1.220 |
| Cd | 112.4 | 2 | 2.220 |
| Pb | 207.2 | 2 | 3.737 |
| MnO2 | 85.0 | 1 | 3.167 |
| Ni(OH)2 | 92.7 | 1 | 3.456 |
| PbO2 | 239.2 | 2 | 4.463 |
2. Nominell kapacitet (C₀)
Nominell kapacitet är den minsta kapacitet som ett batteri bör ladda ur under vissa urladdningsförhållanden (såsom temperatur, urladdningshastighet och avslutningsspänning) enligt nationella eller relevanta avdelningsstandarder.
3. Faktisk kapacitet (C)
Under variabel strömurladdning
I formeln representerar I urladdningsströmmen, en funktion av urladdningstiden t;
T - representerar tiden från urladdning till avslutningsspänningen.
På grund av inre motstånd och andra faktorer kan det aktiva materialet inte utnyttjas fullt ut; det vill säga utnyttjandegraden för det aktiva materialet är alltid mindre än 1. Därför är den faktiska kapaciteten och den nominella kapaciteten för en kemisk kraftkälla alltid lägre än den teoretiska kapaciteten. Användningsgraden för det aktiva materialet definieras som...
där m är massan av det aktiva materialet;
m^ är massan av det aktiva materialet som förbrukas när den faktiska kapaciteten frigörs.
Den faktiska kapaciteten hos ett batteri är nära relaterad till urladdningsströmmen. Under hög-strömurladdning ökar elektrodpolariseringen, det interna motståndet ökar, urladdningsspänningen sjunker snabbt och batteriets energieffektivitet minskar, vilket resulterar i en lägre faktisk kapacitet som frigörs. Omvänt, under urladdningsförhållanden med låg-hastighet, sjunker urladdningsspänningen långsamt, och den faktiska kapaciteten som frigörs av batteriet är ofta högre än den nominella kapaciteten.
4. Återstående kapacitet
Återstående kapacitet avser den användbara kapaciteten som återstår efter att batteriet har laddats ur med en viss urladdningshastighet. Uppskattningen och beräkningen av återstående kapacitet påverkas av faktorer som urladdningshastighet och urladdningstid under batteriets första användning, samt graden av batteriets åldrande och applikationsmiljön, vilket gör en exakt uppskattning något svår.
5. n-Timpriskapacitet
n-timhastighetskapacitet avser mängden elektricitet som frigörs av ett fulladdat batteri när det laddas ur med en n-timmars urladdningsström tills den specificerade termineringsspänningen uppnås.
6. Användbar kapacitet
Användbar kapacitet avser mängden elektricitet som frigörs från ett fulladdat batteri under specificerade förhållanden.
