כמות החשמל שסוללה יכולה לשחרר בתנאי פריקה מסוימים נקראת קיבולת סוללה, מסומנת בסמל C. היחידה שלה מתבטאת בדרך כלל כ-A·h או mA·h.
1. קיבולת תיאורטית (C0)
קיבולת תיאורטית היא כמות החשמל שסוללה יכולה לספק בהנחה שכל החומרים הפעילים משתתפים בתגובת -הזרימה. קיבולת תיאורטית ניתנת לחישוב מדויק באמצעות כמות החומר הפעיל המשמשת במשוואת תגובת הסוללה, בהתבסס על המקבילה האלקטרוכימית של החומר הפעיל המחושבת על פי חוק פאראדיי.
חוק פאראדיי קובע שכאשר זרם חשמלי עובר בתמיסת אלקטרוליט, כמות החומר שעוברת תגובה כימית באלקטרודות עומדת ביחס ישר לכמות החשמל העוברת דרכה. מבחינה מתמטית, זה יכול להתבטא כ...
חוק פאראדיי קובע שכאשר זרם חשמלי עובר בתמיסת אלקטרוליט, כמות החומר העוברת תגובה כימית באלקטרודה עומדת ביחס ישר לכמות החשמל העוברת דרכה. מבחינה מתמטית, זה מתבטא כך:
כאשר Q הוא כמות החשמל העוברת בתגובת האלקטרודה (A·h);
m היא מסת החומר הפעיל המגיב (g);
M היא המסה המולרית של החומר הפעיל (g/mol);
F הוא קבוע Faraday, בערך 96500 C/mol או 26.8 Ah/mol.
ניתן להבין את המשוואה (2-6) גם ככמות החשמל Q המשתחררת לאחר תגובה מלאה של חומר פעיל בעל מסה m. כמות החשמל Q היא הקיבולת התיאורטית (C₀) של החומר הפעיל באלקטרודה, המייצגת את כמות החשמל המשתחררת כאשר החומר הפעיל במסה m משתתף במלואו בתגובה.
לכן, ניתן לכתוב את המשוואה (2-6) גם כך:
בנוסחה, K מייצגת את המקבילה האלקטרוכימית של החומר הפעיל, K=M / 26.8 [g/(A·h)], המתייחסת למסה של החומר הפעיל הנדרש להשגת מטען של 1 Ah·h. נוסחה (2-7) היא הנוסחה לחישוב הקיבולת התיאורטית של חומרים פעילים אלקטרודה. המקבילות האלקטרוכימיות של חומרים פעילים אלקטרודות נפוצות מוצגות בטבלה 2-2. המקבילה האלקטרוכימית יכולה לשמש כדי להשוות את הקיבולת הספציפית התיאורטית של חומרי אלקטרודה.
טבלה 2-2 שווי ערך אלקטרוכימי של חומרים פעילים אלקטרודה נפוצים
| חומר פעיל | מסה מולרית/(גרם/מול) | מספר האלקטרונים שנוצרו בתגובה (n) | שווה ערך אלקטרוכימי [g/(A·h)] |
|---|---|---|---|
| H₂ | 2.0 | 2 | 0.037 |
| לי | 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. קיבולת מדורגת (C₀)
קיבולת מדורגת היא הקיבולת המינימלית שסוללה צריכה לפרוק בתנאי פריקה מסוימים (כגון טמפרטורה, קצב פריקה ומתח סיום) כפי שנקבע בתקנים לאומיים או מחלקתיים רלוונטיים.
3. קיבולת בפועל (C)
במהלך פריקת זרם משתנה
בנוסחה, I--מייצג את זרם הפריקה, פונקציה של זמן הפריקה t;
T - מייצג את הזמן מהפריקה ועד למתח הסיום.
בשל התנגדות פנימית וגורמים אחרים, לא ניתן לנצל את החומר הפעיל במלואו; כלומר, קצב הניצול של החומר הפעיל תמיד נמוך מ-1. לכן, הקיבולת בפועל והקיבולת המדורגת של מקור כוח כימי תמיד נמוכות מהקיבולת התיאורטית. שיעור הניצול של החומר הפעיל מוגדר כ...
כאשר m היא המסה של החומר הפעיל;
m₁ היא המסה של החומר הפעיל הנצרך כאשר הקיבולת בפועל משתחררת.
הקיבולת האמיתית של סוללה קשורה קשר הדוק לזרם הפריקה. במהלך פריקת זרם גבוהה-, קיטוב האלקטרודות גדל, ההתנגדות הפנימית עולה, מתח הפריקה יורד במהירות ויעילות האנרגיה של הסוללה יורדת, וכתוצאה מכך משתחררת קיבולת בפועל נמוכה יותר. לעומת זאת, בתנאי פריקה-נמוכים, מתח הפריקה יורד באיטיות, והקיבולת בפועל שמשחררת הסוללה היא לרוב גבוהה מהקיבולת המדורגת.
4. קיבולת שנותרה
קיבולת שנותרה מתייחסת לקיבולת השימושית שנותרה לאחר פריקת הסוללה בקצב פריקה מסוים. ההערכה והחישוב של הקיבולת שנותרה מושפעים מגורמים כמו קצב הפריקה וזמן הפריקה במהלך השימוש הראשוני של הסוללה, כמו גם מידת הזדקנות הסוללה וסביבת היישום, מה שמקשה במידת מה על הערכה מדויקת.
5. n-קיבולת תעריף שעות
קיבולת תעריף n-שעה מתייחסת לכמות החשמל המשתחררת על ידי סוללה טעונה במלואה כאשר היא פריקה בזרם פריקה של n-שעות עד הגעה למתח הסיום שצוין.
6. קיבולת שמישה
קיבולת שמישה מתייחסת לכמות החשמל המשתחררת מסוללה טעונה במלואה בתנאים שצוינו.
