वैद्युतवाहक बल
◆ऊर्जा भंडारण बैटरियों का निर्वहन प्रदर्शन
जब बाहरी सर्किट खुला होता है, जिसका अर्थ है कि बैटरी के माध्यम से कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है, तो सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर को बैटरी के इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे आमतौर पर प्रतीक ई द्वारा दर्शाया जाता है। ईएमएफ का मूल्य विद्युत ऊर्जा की मात्रा को दर्शाने वाले संकेतकों में से एक है।बैटरी प्रणालीआउटपुट कर सकते हैं. थर्मोडायनामिक सिद्धांतों के अनुसार, हमारे पास...
सूत्र में, एजी गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है; n इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण संख्या का प्रतिनिधित्व करता है; ई सेल इलेक्ट्रोमोटिव बल का प्रतिनिधित्व करता है; और F फैराडे स्थिरांक का प्रतिनिधित्व करता है।
समीकरण (1.2) से पता चलता है कि बैटरी इलेक्ट्रोमोटिव बल का परिमाण मुख्य रूप से रासायनिक प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थों के अंतर्निहित गुणों, बैटरी संचालन के दौरान प्रतिक्रिया की स्थिति (जैसे तापमान) और अभिकारकों और उत्पादों की गतिविधि पर निर्भर करता है, और बैटरी ज्यामिति या आकार से प्रभावित नहीं होता है।
ओपन सर्किट वोल्टेज
बैटरी का खुला सर्किट वोल्टेज सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनलों के बीच संभावित अंतर को संदर्भित करता है जब बाहरी सर्किट बैटरी से डिस्कनेक्ट हो जाता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि चूंकि सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनल इलेक्ट्रोलाइट समाधान में थर्मोडायनामिक संतुलन तक नहीं पहुंच पाए हैं, इसलिए खुला सर्किट वोल्टेज आमतौर पर इसके इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) से थोड़ा कम होता है। ईएमएफ एक सैद्धांतिक मूल्य है जिसकी गणना थर्मोडायनामिक सूत्रों के आधार पर की जाती है, जबकि ओपन सर्किट वोल्टेज प्रत्यक्ष प्रयोगात्मक माप के माध्यम से प्राप्त एक वास्तविक मूल्य है; दोनों मूल्य में बहुत करीब हैं। खुले सर्किट वोल्टेज को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए, माप प्रक्रिया के दौरान मापने वाले उपकरण के माध्यम से कोई धारा प्रवाहित नहीं होनी चाहिए; इस परीक्षण के लिए आमतौर पर एक उच्च -प्रतिरोध वोल्टमीटर का उपयोग किया जाता है।
इसके अलावा, नाममात्र वोल्टेज की अवधारणा का उपयोग उत्पादन अनुसंधान में भी किया जाता है। नाममात्र वोल्टेज बैटरी के वोल्टेज का एक उचित अनुमान है, जिसे रेटेड वोल्टेज के रूप में भी जाना जाता है, और इसका उपयोग बैटरी प्रकार की पहचान करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक लेड-एसिड बैटरी का खुला सर्किट वोल्टेज 2.1V के करीब है, और इसका नाममात्र वोल्टेज 2.0V पर सेट है; जिंक {{6}मैंगनीज बैटरी का नाममात्र वोल्टेज 1.5V है; और एक कैडमियम-निकल बैटरी और एक निकल{{9}धातु हाइड्राइड बैटरी का नाममात्र वोल्टेज 1.2V है।
आंतरिक प्रतिरोध
बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध, जिसे आमतौर पर आंतरिक प्रतिरोध (आर) कहा जाता हैआंतरिक), बैटरी के माध्यम से करंट प्रवाहित होने पर उत्पन्न होने वाले प्रतिरोध को संदर्भित करता है। इस आंतरिक प्रतिरोध में मुख्य रूप से दो भाग होते हैं: एक है सामग्री के गुणों के कारण होने वाला ओमिक आंतरिक प्रतिरोध; दूसरा विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान इलेक्ट्रोड सतह पर ध्रुवीकरण घटना द्वारा उत्पन्न अतिरिक्त ध्रुवीकरण आंतरिक प्रतिरोध है।
ओमिक प्रतिरोध (आर0) इलेक्ट्रोलाइट विशेषताओं, झिल्ली गुणों और इलेक्ट्रोड सामग्री से प्रभावित होता है। इलेक्ट्रोलाइट समाधान का ओमिक प्रतिरोध इसकी विशिष्ट संरचना, एकाग्रता स्तर और परिवेश के तापमान से निकटता से संबंधित है। आम तौर पर, बैटरियों के लिए इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता को उच्चतम चालकता की सीमा के भीतर चुना जाता है। इलेक्ट्रोलाइट आयनों के प्रवासन के लिए झिल्ली माइक्रोप्रोर्स के कारण होने वाले प्रतिरोध को झिल्ली प्रतिरोध कहा जाता है, अर्थात, आयनों द्वारा सामना किया जाने वाला प्रतिरोध जब वे झिल्ली माइक्रोप्रोसेस से गुजरते हैं। झिल्ली का ओमिक प्रतिरोध इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार, झिल्ली सामग्री, सरंध्रता और छिद्र वक्रता की डिग्री जैसे कारकों से संबंधित है। इलेक्ट्रोड पर ठोस चरण प्रतिरोध में स्वयं सक्रिय सामग्री कणों का प्रतिरोध, कणों के बीच संपर्क प्रतिरोध, सक्रिय सामग्री और प्रवाहकीय ढांचे के बीच संपर्क प्रतिरोध, और प्रवाहकीय ढांचे, प्रवाहकीय बसबार और टर्मिनलों के प्रतिरोधों का योग शामिल है। निर्वहन के दौरान, सक्रिय सामग्री की संरचना और आकारिकी बदल सकती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिरोध में महत्वपूर्ण परिवर्तन हो सकते हैं। ठोस चरण प्रतिरोध को कम करने के लिए, एसिटिलीन ब्लैक ग्रेफाइट जैसे प्रवाहकीय घटकों को अक्सर इसकी चालकता बढ़ाने के लिए सक्रिय सामग्री में जोड़ा जाता है। बैटरी का ओमिक आंतरिक प्रतिरोध उसके आकार, असेंबली और संरचना जैसे कारकों से भी संबंधित है। असेंबली जितनी अधिक सघन होगी और इलेक्ट्रोड रिक्ति जितनी छोटी होगी, ओमिक आंतरिक प्रतिरोध उतना ही कम होगा।
ध्रुवीकरण प्रतिरोध (आर) सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान ध्रुवीकरण के कारण रासायनिक ऊर्जा स्रोत में उत्पन्न आंतरिक प्रतिरोध को संदर्भित करता है। ध्रुवीकरण प्रतिरोध में विद्युत रासायनिक ध्रुवीकरण और एकाग्रता ध्रुवीकरण के कारण होने वाले प्रतिरोधों का योग शामिल होता है। इसका परिमाण सक्रिय सामग्रियों के गुणों, इलेक्ट्रोड संरचना और बैटरी निर्माण प्रक्रिया से प्रभावित होता है, और विशेष रूप से बैटरी की परिचालन स्थिति से निकटता से संबंधित होता है। इसलिए, ध्रुवीकरण प्रतिरोध डिस्चार्ज मोड और डिस्चार्ज समय में भिन्नता के अनुसार बदलता है।
ऑपरेटिंग वोल्टेज
बैटरी का ऑपरेटिंग वोल्टेज, जिसे लोड वोल्टेज या डिस्चार्ज वोल्टेज के रूप में भी जाना जाता है, बाहरी सर्किट से करंट प्रवाहित होने पर बैटरी के सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनलों के बीच संभावित अंतर को संदर्भित करता है। जब बैटरी के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है, तो ध्रुवीकरण प्रतिरोध और ओमिक प्रतिरोध के कारण होने वाले प्रतिरोध को दूर करने के लिए, वास्तविक मापा ऑपरेटिंग वोल्टेज मान हमेशा बिना लोड की स्थिति के तहत खुले सर्किट वोल्टेज से कम होता है।
जैसा कि समीकरण (1.3) से देखा जा सकता है, बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध जितना अधिक होगा, बैटरी का ऑपरेटिंग वोल्टेज उतना ही कम होगा और वास्तविक ऊर्जा आउटपुट उतना ही कम होगा। जाहिर है, बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध यथासंभव छोटा होना चाहिए।