Množstvo elektriny, ktoré môže batéria uvoľniť za určitých podmienok vybitia, sa nazýva kapacita batérie a označuje sa symbolom C. Jej jednotka sa bežne vyjadruje ako A·h alebo mA·h.
1. Teoretická kapacita (C0)
Teoretická kapacita je množstvo elektriny, ktoré môže poskytnúť batéria za predpokladu, že všetky aktívne materiály sa zúčastňujú na toku-tvoriacej reakcii. Teoretickú kapacitu možno presne vypočítať pomocou množstva aktívneho materiálu použitého v rovnici reakcie batérie na základe elektrochemického ekvivalentu aktívneho materiálu vypočítaného podľa Faradayovho zákona.
Faradayov zákon hovorí, že pri prechode elektrického prúdu cez roztok elektrolytu je množstvo látky, ktoré podlieha chemickej reakcii na elektródach, priamo úmerné množstvu prechádzajúcej elektriny. Matematicky sa to dá vyjadriť ako...
Faradayov zákon hovorí, že keď elektrický prúd prechádza roztokom elektrolytu, množstvo látky, ktorá podlieha chemickej reakcii na elektróde, je priamo úmerné množstvu elektriny, ktorá prejde. Matematicky je to vyjadrené takto:
kde Q je množstvo elektriny prechádzajúcej elektródovou reakciou (A·h);
m je hmotnosť reagujúcej účinnej látky (g);
M je molárna hmotnosť účinnej látky (g/mol);
F je Faradayova konštanta, približne 96 500 C/mol alebo 26,8 A·h/mol.
Rovnicu (2-6) môžeme chápať aj ako množstvo elektriny Q uvoľnenej po úplnej reakcii účinnej látky s hmotnosťou m. Množstvo elektriny Q je teoretická kapacita (C₀) účinnej látky na elektróde, ktorá predstavuje množstvo elektriny uvoľnenej, keď sa účinná látka s hmotnosťou m plne zúčastní reakcie.
Preto rovnicu (2-6) možno zapísať aj takto:
Vo vzorci K predstavuje elektrochemický ekvivalent aktívneho materiálu, K=M / 26,8 [g/(A·h)], čo sa týka hmotnosti aktívneho materiálu potrebnej na získanie 1 A·h náboja. Vzorec (2-7) je vzorec na výpočet teoretickej kapacity elektródových aktívnych materiálov. Elektrochemické ekvivalenty bežne používaných elektródových aktívnych materiálov sú uvedené v tabuľke 2-2. Elektrochemický ekvivalent možno použiť na porovnanie teoretickej špecifickej kapacity elektródových materiálov.
Tabuľka 2-2 Elektrochemické ekvivalenty bežne používaných elektródovo aktívnych materiálov
| Účinná látka | Molová hmotnosť/(g/mol) | Počet elektrónov generovaných v reakcii (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. Menovitá kapacita (C₀)
Menovitá kapacita je minimálna kapacita, ktorú by mala batéria vybiť za určitých podmienok vybíjania (ako je teplota, rýchlosť vybíjania a ukončovacie napätie), ako je stanovené národnými normami alebo príslušnými rezortnými normami.
3. Skutočná kapacita (C)
Počas vybíjania premenlivým prúdom
Vo vzorci I - predstavuje vybíjací prúd, funkciu doby vybíjania t;
T - predstavuje čas od vybitia po koncové napätie.
Kvôli vnútornému odporu a iným faktorom nie je možné plne využiť aktívny materiál; to znamená, že miera využitia aktívneho materiálu je vždy menšia ako 1. Preto skutočná kapacita a menovitá kapacita chemického zdroja energie sú vždy nižšie ako teoretická kapacita. Miera využitia aktívneho materiálu je definovaná ako...
kde m je hmotnosť aktívneho materiálu;
m₁ je hmotnosť aktívneho materiálu spotrebovaného pri uvoľnení skutočnej kapacity.
Skutočná kapacita batérie úzko súvisí s vybíjacím prúdom. Počas vybíjania vysokým-prúdom sa polarizácia elektród zvyšuje, vnútorný odpor sa zvyšuje, vybíjacie napätie rýchlo klesá a energetická účinnosť batérie sa znižuje, čo vedie k nižšej skutočnej uvoľnenej kapacite. Naopak, za podmienok nízkej rýchlosti vybíjania vybíjacie napätie klesá pomaly a skutočná kapacita uvoľnená batériou je často vyššia ako menovitá kapacita.
4. Zostávajúca kapacita
Zostávajúca kapacita označuje využiteľnú kapacitu zostávajúcu po vybití batérie pri určitej rýchlosti vybíjania. Odhad a výpočet zostávajúcej kapacity sú ovplyvnené faktormi, ako je rýchlosť vybíjania a doba vybíjania počas prvého používania batérie, ako aj stupeň starnutia batérie a prostredie aplikácie, čo sťažuje presný odhad.
5. n-Kapacita hodinovej sadzby
Kapacita n{0}hodinovej sadzby sa vzťahuje na množstvo elektriny uvoľnenej plne nabitou batériou pri vybíjaní n-hodinovým vybíjacím prúdom, kým sa nedosiahne špecifikované ukončovacie napätie.
6. Využiteľná kapacita
Využiteľná kapacita sa vzťahuje na množstvo elektriny uvoľnenej z plne nabitej batérie za špecifikovaných podmienok.
