法拉第的电磁诱导法对于理解电池储存和释放能量至关重要。 它将电化学反应过程中转移的电荷数量与所涉物质数量联系起来。 这条法则常用于估计电池的理论容量,但在现实世界中却有局限性。

理解法拉第法则

法拉第定律规定,电荷(Q)通过电路的电荷量与经过氧化或还原的物质量成正比。

Q=n×]] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ []]]]]] ⁇

其n]是转移电子的摩尔数,F是法拉第常数(~96,485 C/mol).

应用到电池容量

电池容量常根据电化学反应过程中转移的总电荷计算,理论容量(以安培时计)可以使用反应中涉及的电子数量和活性材料的摩尔质量来估算.

例如,在锂离子电池中,容量取决于可以逆向插入和从电极材料中提取的锂离子的数量。 工程师可以使用法拉第定律,根据化学stoichiomoto法估算最大容量。

能力计算实例

假设反应涉及将1个电子摩尔/活性材料的摩尔转移,理论容量可以计算为:

能力(Ah)=(n×F)/3600]

对于1个摩尔电子,这个值的输出量约为26.8 Ah。这个值代表了假设100%的高效和完全反应的最大容量。

法拉第法律的限制

法拉第定律虽然有用,但在适用于真正的电池时却有局限性。 它假定完全有效的反应,而实际中很少发生。 电极降解、侧式反应和未完全使用活性材料等因素降低了实际容量。

此外,电极表面面积和电解质导电性等物理约束也影响性能,因此,理论能力往往高估电池的实际容量.

  • 电极随时间推移而退化
  • 侧化学反应
  • 未完全使用现役材料
  • 物理和化学制约