Množství elektřiny, které může baterie uvolnit za určitých podmínek vybití, se nazývá kapacita baterie, označovaná symbolem C. Její jednotka se běžně vyjadřuje jako A·h nebo mA·h.
1. Teoretická kapacita (C0)
Teoretická kapacita je množství elektřiny, které může baterie poskytnout za předpokladu, že se všechny aktivní materiály účastní tok-formující reakce. Teoretickou kapacitu lze přesně vypočítat pomocí množství aktivního materiálu použitého v rovnici reakce baterie na základě elektrochemického ekvivalentu aktivního materiálu vypočítaného podle Faradayova zákona.
Faradayův zákon říká, že když elektrický proud prochází roztokem elektrolytu, množství látky, které podléhá chemické reakci na elektrodách, je přímo úměrné množství procházející elektřiny. Matematicky to lze vyjádřit jako...
Faradayův zákon říká, že když elektrický proud prochází roztokem elektrolytu, množství látky podléhající chemické reakci na elektrodě je přímo úměrné množství procházející elektřiny. Matematicky je to vyjádřeno takto:
Kde Q je množství elektřiny procházející reakcí elektrody (A·h);
m je hmotnost reagující účinné látky (g);
M je molární hmotnost účinné látky (g/mol);
F je Faradayova konstanta, přibližně 96500 C/mol nebo 26,8 A·h/mol.
Rovnici (2-6) lze chápat také jako množství elektřiny Q uvolněné po úplné reakci účinné látky o hmotnosti m. Množství elektřiny Q je teoretická kapacita (C₀) účinné látky na elektrodě, představující množství elektřiny uvolněné, když se účinná látka o hmotnosti m plně účastní reakce.
Proto rovnici (2-6) lze také napsat jako:
Ve vzorci K představuje elektrochemický ekvivalent aktivního materiálu, K=M / 26,8 [g/(A·h)], což se týká hmotnosti aktivního materiálu potřebného k získání 1 A·h náboje. Vzorec (2-7) je vzorec pro výpočet teoretické kapacity elektrodových aktivních materiálů. Elektrochemické ekvivalenty běžně používaných aktivních materiálů elektrod jsou uvedeny v tabulce 2-2. Elektrochemický ekvivalent lze použít k porovnání teoretické specifické kapacity elektrodových materiálů.
Tabulka 2-2 Elektrochemické ekvivalenty běžně používaných elektrodově aktivních materiálů
| Aktivní látka | Molární hmotnost/(g/mol) | Počet elektronů generovaných při reakci (n) | Elektrochemický 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. Jmenovitá kapacita (C₀)
Jmenovitá kapacita je minimální kapacita, kterou by se baterie měla vybít za určitých podmínek vybíjení (jako je teplota, rychlost vybíjení a ukončovací napětí), jak je stanoveno národními nebo příslušnými ministerskými normami.
3. Skutečná kapacita (C)
Během vybíjení proměnným proudem
Ve vzorci I - představuje vybíjecí proud, funkci doby vybíjení t;
T -- představuje dobu od vybití do koncového napětí.
Vzhledem k vnitřnímu odporu a dalším faktorům nelze aktivní materiál plně využít; to znamená, že míra využití aktivního materiálu je vždy menší než 1. Proto je skutečná kapacita a jmenovitá kapacita chemického zdroje energie vždy nižší než teoretická kapacita. Míra využití aktivního materiálu je definována jako...
kde m je hmotnost aktivního materiálu;
m₁ je hmotnost aktivního materiálu spotřebovaného při uvolnění skutečné kapacity.
Skutečná kapacita baterie úzce souvisí s vybíjecím proudem. Během vybíjení vysokým-proudem se zvyšuje polarizace elektrod, zvyšuje se vnitřní odpor, rychle klesá vybíjecí napětí a snižuje se energetická účinnost baterie, což má za následek nižší skutečnou uvolněnou kapacitu. Naopak, za podmínek nízkého vybíjení-vybíjecí napětí klesá pomalu a skutečná kapacita uvolněná baterií je často vyšší než jmenovitá kapacita.
4. Zbývající kapacita
Zbývající kapacita se týká využitelné kapacity zbývající po vybití baterie při určité rychlosti vybíjení. Odhad a výpočet zbývající kapacity jsou ovlivněny faktory, jako je rychlost vybíjení a doba vybíjení během prvního použití baterie, stejně jako stupeň stárnutí baterie a prostředí aplikace, což ztěžuje přesný odhad.
5. n-Kapacita hodinové sazby
Kapacita za n-hodinovou sazbu označuje množství elektřiny uvolněné plně nabitou baterií při vybíjení n-hodinovým vybíjecím proudem, dokud není dosaženo zadaného ukončovacího napětí.
6. Použitelná kapacita
Použitá kapacita se týká množství elektřiny uvolněné z plně nabité baterie za určitých podmínek.
