ویژگی‌های باتری-انرژی

مقدمه:

در مقاله‌ی قبل با همه‌ی ابعاد انرژی آشنا شدیم، حال خوب است که با بیان فرمول‌های ساده، کمی علمی‌تر با این موضوع رو به رو شویم. در فرول زیر، تعریف دقیق انرژی آمده است. در این فرمول ملاحظه می‌کنیم که اگر جریان و ولتاژ ثابت باشند، فرمول انرژی به شکل ساده‌تری تبدیل می‌شود که قبلا با آن آشنا بودیم.

در باتری جریان ثابت نیست چرا که با وصل شدن مدار‌های مختلف، جریان عوض می‌شود اما می‌توان به صورت تقریبی، ولتاژ را ثابت فرض کرد در این صورت، انرژی به شکل زیر محاسبه می‌شود. در این فرمول، انتگرال جریان، مقدار بار موجود در باتری را نشان می‌دهد که همان ظرفیت است پس خواهیم داشت:

در فرمول بالا، از عبارت min{qc,qa} استفاده شده و در مقاله‌ی مربوط به ظرفیت، گفته شد که اگر مواد فعال آند و کاتد متناسب نباشند، کمترین ظرفیت، تعیین کننده‌ی ظرفیت نهایی باتری خواهد بود و به همین دلیل، از عبارت min{qc,qa} استفاده شده است. برای تکرار مطالب گذشته، یاداوری می‌کنیم که ولتاژ باتری، برابر با حاصل تفریق پتانسیل آند و کاتد است که به صورت تئوری، مقداری ثابت می‌باشد اما در عمل، ولتاژ آن، با گذشت زمان، کم شده که در مقالات آتی، کاهش ولتاژ باتری بررسی می‌شود.

با تقسیم مقدار بالا بر جرم و حجم نیز، دو مقدار انرژی مخصوص و چگالی انرژی به دست می‌آید که در بالا فرمول آن ذکر شد:

در برخی مراجع، با تعریف دیگری مواجه می‌شویم که آن را به صورت MTSE می‌نویسند و به صورت “بیشترین انرژی مخصوص تئوری” بیان می‌شود که مخفف عبارت Maximum Theoretical Specific Energy است. این عبارت همان حالت بالا است که در آن ولتاژ باتری علاوه بر ثابت بودن، به صورت ولتاژ تئوری بیان می‌شود که برابر بود با تفریق پتانسیل کاهشی آند و کاتد از یکدیگر. در واقع، این تعریف، به ثابت بودن ولتاژ باتری اشاره دارد و می‌گوید که یک باتری، حداکثر انرژی مخصوصش از MTSE کمتر است و نمی‌توان از آن تجاوز کرد زیرا ولتاژ باتری، در عمل از ولتاژ تئوری کمتر است.

وقت آن رسیده که با حدود مقادیر انرژی مخصوص در عمل و تئوری آشنا بشویم و ببینیم که عمل و تئوری به چه میزان با یکدیگر تفاوت دارند. شکل زیر، انرژی مخصوص باتری‌های مختلف را با یکدیگر مقایسه کرده و علاوه بر آن، مقادیر، عملی و تئوری را نیز مقایسه کرده است. لازم به ذکر است که در برخی منابع، به جای عبارت انرژی مخصوص، از عبارت چگالی انرژی استفاده شده است که با نگاه کردن به واحد آن، تشخیص دقیق آن میسر است.

شکل بالا گویا‌ی همه چیز است و نیاز به توضیحات اضافی پیرامون آن وجود ندارد اما تکرار یک نکته در مورد این شکل خالی از لطف نیست و آن این است که انرژی زمانی افزایش میابد که علاوه بر بالا بودن ولتاژ سلول، ظرفیت باتری نیز بالا باشد که باتری‌های بر پایه‌ی سولفور، به دلیل بالا بودن ظرفیت سولفور، انرژی تئوری فوق‌العاده‌ بالایی دارند اما به دلیل مشکلاتشان، در عمل ظرفیت آن‌ها کاهش یافته که در جای خودش بحث می‌شود.

جمع‌بندی و نتیجه گیری:

در این قسمت به انرژی اشاره شد و دیدیم که انرژی به صورت حاصل ضرب ولتاژ در ظرفیت به دست ‌آمد و برای بالا بردن این مقدار، باید علاوه بر افزایش ظرفیت، ولتاژ باتری نیز بالا باشد. در مقالات گذشته فهمیدیم که ولتاژ و ظرفیت، دو خصوصیت ذاتی مواد است و با انتخاب مواد گوناگون، این دو مقدار تغییر می‌کند و به تبع آن، انرژی نیز تغییر می‌کند. در شکل نهایی، دیدیم که باتری‌های مختلف، مقادیر انرژی مختلف دارند ولی به دلیل مشکلاتی که در عمل به وجود می‌آید، مقدار عملی انرژی آن‌ها کاهش یافته و تحقیقات بر روی باتری به این دلیل انجام می‌شود که مقادیر عملی، به مقادیر تئوری نزدیک شود.