lực điện động
◆Hiệu suất xả của pin lưu trữ năng lượng
Khi mạch ngoài mở, nghĩa là không có dòng điện chạy qua pin, hiệu điện thế giữa cực dương và cực âm được xác định là suất điện động của pin (EMF), thường được ký hiệu bằng ký hiệu E. Giá trị của EMF là một trong những chỉ số phản ánh lượng năng lượng điện mà pinhệ thống pincó thể xuất ra. Theo nguyên lý nhiệt động lực học, ta có...
Trong công thức, AG biểu thị sự thay đổi năng lượng tự do Gibbs; n đại diện cho số chuyển điện tử; E đại diện cho suất điện động của tế bào; và F đại diện cho hằng số Faraday.
Phương trình (1.2) cho thấy độ lớn của suất điện động của pin chủ yếu phụ thuộc vào tính chất vốn có của các chất tham gia phản ứng hóa học, điều kiện phản ứng (như nhiệt độ) trong quá trình hoạt động của pin cũng như hoạt động của chất phản ứng và sản phẩm, và không bị ảnh hưởng bởi hình dạng hoặc kích thước của pin.
Điện áp mạch hở
Điện áp-mạch hở của pin đề cập đến sự chênh lệch điện thế giữa cực dương và cực âm khi ngắt kết nối mạch ngoài khỏi pin. Điều quan trọng cần lưu ý là vì cực dương và cực âm có thể chưa đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt động trong dung dịch điện phân nên điện áp-mạch hở thường thấp hơn một chút so với lực điện động (EMF) của nó. EMF là giá trị lý thuyết được tính toán dựa trên các công thức nhiệt động lực học, trong khi điện áp mạch hở-là giá trị thực tế thu được thông qua phép đo thử nghiệm trực tiếp; cả hai đều có giá trị rất gần nhau. Để xác định chính xác điện áp mạch-hở mạch, không được có dòng điện chạy qua thiết bị đo trong quá trình đo; vôn kế có điện trở cao-thường được sử dụng cho thử nghiệm này.
Hơn nữa, khái niệm điện áp danh định cũng được sử dụng trong nghiên cứu sản xuất. Điện áp danh định là giá trị gần đúng thích hợp của điện áp của pin, còn được gọi là điện áp định mức và được sử dụng để xác định loại pin. Ví dụ:-điện áp mạch hở của pin axit chì-gần bằng 2,1V và điện áp danh định của nó được đặt ở 2,0V; điện áp danh định của pin mangan-kẽm là 1,5V; và điện áp danh nghĩa của pin niken-cadmium và pin niken hiđrua kim loại-là 1,2V.
Kháng nội bộ
Điện trở trong của pin, thường được gọi là điện trở trong (Rnội bộ), đề cập đến điện trở gặp phải khi dòng điện chạy qua pin. Điện trở trong này chủ yếu bao gồm hai phần: một là điện trở trong ohmic do đặc tính của vật liệu gây ra; cái còn lại là điện trở trong phân cực bổ sung được tạo ra bởi hiện tượng phân cực trên bề mặt điện cực trong phản ứng điện hóa.
Điện trở Ohm (R0) bị ảnh hưởng bởi đặc tính chất điện phân, tính chất màng và vật liệu điện cực. Điện trở ohm của dung dịch điện phân có liên quan chặt chẽ đến thành phần cụ thể, mức nồng độ và nhiệt độ môi trường. Nói chung, nồng độ chất điện phân cho pin được chọn trong phạm vi có độ dẫn điện cao nhất. Điện trở do các vi lỗ màng gây ra đối với sự di chuyển của các ion điện phân được gọi là điện trở màng, tức là điện trở mà các ion gặp phải khi chúng đi qua các vi lỗ màng. Điện trở ohmic của màng có liên quan đến các yếu tố như loại chất điện phân, vật liệu màng, độ xốp và mức độ ngoằn ngoèo của lỗ rỗng. Điện trở pha rắn-trên các điện cực bao gồm điện trở của chính các hạt vật liệu hoạt động, điện trở tiếp xúc giữa các hạt, điện trở tiếp xúc giữa vật liệu hoạt động và khung dẫn điện cũng như tổng điện trở của khung dẫn điện, thanh dẫn điện và thiết bị đầu cuối. Trong quá trình phóng điện, thành phần và hình thái của vật liệu hoạt động có thể thay đổi, dẫn đến điện trở thay đổi đáng kể. Để giảm điện trở pha rắn, các thành phần dẫn điện, chẳng hạn như than chì đen{11}}axetylen, thường được thêm vào vật liệu hoạt động để tăng độ dẫn điện. Điện trở trong ohmic của pin cũng liên quan đến các yếu tố như kích thước, cách lắp ráp và cấu trúc của pin. Việc lắp ráp càng nhỏ gọn và khoảng cách giữa các điện cực càng nhỏ thì điện trở trong càng thấp.
Điện trở phân cực (R) dùng để chỉ điện trở bên trong được tạo ra trong nguồn năng lượng hóa học do sự phân cực trong các phản ứng điện hóa ở các điện cực dương và âm. Điện trở phân cực bao gồm tổng điện trở do phân cực điện hóa và phân cực nồng độ. Độ lớn của nó bị ảnh hưởng bởi tính chất của vật liệu hoạt động, cấu trúc điện cực và quy trình sản xuất pin và đặc biệt liên quan chặt chẽ đến trạng thái hoạt động của pin. Do đó, điện trở phân cực thay đổi tương ứng với sự thay đổi của chế độ phóng điện và thời gian phóng điện.
Điện áp hoạt động
Điện áp hoạt động của pin, còn được gọi là điện áp tải hoặc điện áp phóng điện, đề cập đến sự chênh lệch điện thế giữa cực dương và cực âm của pin khi dòng điện chạy qua mạch ngoài. Khi dòng điện chạy qua pin, để khắc phục điện trở do điện trở phân cực và điện trở ohm gây ra, giá trị điện áp hoạt động đo được thực tế luôn thấp hơn điện áp-mạch hở trong điều kiện không{2}}tải.
Như có thể thấy từ phương trình (1.3), điện trở trong của pin càng lớn thì điện áp hoạt động của pin càng thấp và năng lượng thực tế phát ra càng nhỏ. Rõ ràng, điện trở trong của pin phải càng nhỏ càng tốt.