Azt az árammennyiséget, amelyet egy akkumulátor bizonyos kisütési körülmények között képes felszabadítani, akkumulátorkapacitásnak nevezzük, amelyet C szimbólum jelöl. Mértékegységét általában A·h-ban vagy mA·h-ban fejezik ki.
1. Elméleti kapacitás (C0)
Az elméleti kapacitás az a villamosenergia-mennyiség, amelyet az akkumulátor képes biztosítani, feltéve, hogy az összes aktív anyag részt vesz az áramlási -képző reakcióban. Az elméleti kapacitás pontosan kiszámítható az akkumulátor reakcióegyenletében felhasznált aktív anyag mennyiségével, az aktív anyag Faraday törvénye szerint számított elektrokémiai egyenértéke alapján.
Faraday törvénye kimondja, hogy amikor elektromos áram halad át egy elektrolitoldaton, az elektródáknál kémiai reakción átmenő anyag mennyisége egyenesen arányos az áthaladó elektromosság mennyiségével. Matematikailag ez így fejezhető ki...
Faraday törvénye kimondja, hogy amikor az elektromos áram áthalad egy elektrolitoldaton, az elektródán kémiai reakcióba lépő anyag mennyisége egyenesen arányos az áthaladó elektromosság mennyiségével. Matematikailag ezt a következőképpen fejezzük ki:
ahol Q az elektródreakción áthaladó elektromosság mennyisége (A·h);
m a reagáló hatóanyag tömege (g);
M a hatóanyag moláris tömege (g/mol);
F a Faraday-állandó, körülbelül 96500 C/mol vagy 26,8 A·h/mol.
A (2-6) egyenlet felfogható az m tömegű hatóanyag teljes reakciója után felszabaduló Q elektromosság mennyiségeként is. A Q elektromosság mennyisége a hatóanyag elméleti kapacitása (C₀) az elektródán, amely azt az elektromosság mennyiségét jelenti, amely akkor szabadul fel, amikor az m tömegű hatóanyag teljes mértékben részt vesz a reakcióban.
Ezért a (2-6) egyenlet így is felírható:
A képletben K az aktív anyag elektrokémiai ekvivalense, K=M / 26,8 [g/(A·h)], amely az 1 A·h töltés eléréséhez szükséges aktív anyag tömegére vonatkozik. A (2-7) képlet az elektródák aktív anyagainak elméleti kapacitásának kiszámítására szolgáló képlet. Az általánosan használt elektródaktív anyagok elektrokémiai megfelelőit a 2-2. táblázat mutatja. Az elektrokémiai ekvivalens segítségével összehasonlítható az elektródaanyagok elméleti fajlagos kapacitása.
2-2. táblázat: Általánosan használt elektródaaktív anyagok elektrokémiai egyenértékei
| Hatóanyag | Moláris tömeg/(g/mol) | A reakcióban keletkező elektronok száma (n) | Elektrokémiai egyenérték [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. Névleges kapacitás (C₀)
A névleges kapacitás az a minimális kapacitás, amelyet az akkumulátornak bizonyos kisütési körülmények között (például hőmérséklet, kisütési sebesség és lezárási feszültség) le kell merítenie, a nemzeti vagy a vonatkozó részleg szabványai szerint.
3. Tényleges kapacitás (C)
Változóáramú kisülés közben
A képletben I- a kisülési áramot jelenti, a t kisülési idő függvényében;
T – a kisüléstől a lezáró feszültségig eltelt időt jelenti.
A belső ellenállás és egyéb tényezők miatt az aktív anyag nem hasznosítható teljes mértékben; vagyis az aktív anyag felhasználási aránya mindig kisebb, mint 1. Ezért a kémiai energiaforrás tényleges kapacitása és névleges kapacitása mindig kisebb, mint az elméleti kapacitás. Az aktív anyag felhasználási arányát a következőképpen határozzuk meg:...
ahol m az aktív anyag tömege;
m₁ a tényleges kapacitás felszabadításakor elfogyasztott aktív anyag tömege.
Az akkumulátor tényleges kapacitása szorosan összefügg a kisülési árammal. Erős-áramú kisülés során az elektródák polarizációja nő, a belső ellenállás nő, a kisülési feszültség gyorsan csökken, és az akkumulátor energiahatékonysága csökken, ami alacsonyabb tényleges kapacitást eredményez. Ezzel szemben alacsony-sebességű kisülési körülmények között a kisülési feszültség lassan csökken, és az akkumulátor által felszabaduló tényleges kapacitás gyakran nagyobb, mint a névleges kapacitás.
4. Fennmaradó kapacitás
A fennmaradó kapacitás az akkumulátor bizonyos kisülési sebességgel történő lemerülése után fennmaradó használható kapacitást jelenti. A fennmaradó kapacitás becslését és kiszámítását olyan tényezők befolyásolják, mint a kisülési sebesség és a kisülési idő az akkumulátor kezdeti használata során, valamint az akkumulátor öregedésének mértéke és az alkalmazási környezet, ami némileg megnehezíti a pontos becslést.
5. n-Órakapacitás
Az n-órasebességű kapacitás egy teljesen feltöltött akkumulátor által felszabaduló villamos energia mennyiségére vonatkozik, amikor az n-órás sebességű kisülési áram mellett lemerül, amíg el nem éri a meghatározott lezáró feszültséget.
6. Felhasználható kapacitás
A hasznosítható kapacitás a teljesen feltöltött akkumulátorból meghatározott körülmények között felszabaduló elektromosság mennyiségére vonatkozik.
