Eisimpleirean de Cheistean a’ Bruidhinn air Cleachdaidhean Electroceimigeach ann an Càraichean Dealain
Pendahuuan
'S e meur de cheimigeachd a th' ann an dealan-cheimigeachd a bhios a' sgrùdadh a' cheangail eadar lùth dealain agus atharrachaidhean ceimigeach. Is e aon chur an sàs ann am fìor bheatha dealan-cheimigeachd cleachdadh bataraidhean no ceallan dealan-cheimigeach ann an càraichean dealain. Tha na bataraidhean seo nam pàirtean riatanach a tha a' toirt taic do obrachadh chàraichean dealain. Mìnichidh an artaigil a leanas gnìomh bataraidhean ann an càraichean dealain, a bharrachd air grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan agus deasbadan co-cheangailte ri cur an sàs dealan-cheimigeachd ann an càraichean dealain.
Càraichean Dealain agus Ceimigeachd Dealain
Is e càr dealain carbad a bhios a’ cleachdadh dealan mar thùs cumhachd. Tha an lùth dealain seo air a stòradh ann am bataraidhean no ceallan dealan-cheimigeach taobh a-staigh a’ chàir. Mar as trice is e bataraidhean lithium-ion (Li-ion) a th’ ann am bataraidhean chàraichean dealain, aig a bheil dùmhlachd lùtha àrd agus fad-beatha nas fhaide na seòrsaichean bataraidhean eile.
Ann an co-theacsa dealan-cheimigeachd, bidh bataraidhean lithium-ion ag obair air bunait ath-bhualadh redox (lughdachadh-ocsaidachadh). Nuair a thèid am bataraidh a ghearradh, bidh ianan lithium a’ gluasad bhon chatod chun an anod. Air an làimh eile, nuair a thèid am bataraidh a chleachdadh gus cumhachd a thoirt do charbad dealain, bidh ianan lithium a’ gluasad bhon anod air ais chun chatod, a’ gineadh sruth dealain a bhios a’ toirt cumhachd do motair dealain a’ chàir.
Eisimpleirean de Cheistean Deasbaid
Gu h-ìosal tha eisimpleirean de cheistean agus de dheasbadan co-cheangailte ri cleachdadh dealan-cheimigeachd ann an càraichean dealain.
Ceist 1: Àireamhachadh lùtha a tha air a stòradh ann am bataraidh
Ceist:
Tha comas 75 kWh (cileavat-uair) aig bataraidh càr dealain. Obraich a-mach an ìre de lùth dealain a tha air a stòradh sa bhataraidh ann an joules (J).
Deasbad:
Faodar lùth ann an cileavat-uair a thionndadh gu joules leis an tionndadh a leanas:
[1 kWh = 3.6 x 106 J]
Mar sin, is e an lùth a tha air a stòradh sa bhataraidh:
[75 kWh × 3.6 10⁶ J/kWh = 270 10⁶ J = 270 MJ]
Mar sin, is e 270 millean joules no 270 MJ (MegaJoules) an ìre de lùth dealain a tha air a stòradh sa bhataraidh.
Ceist 2: Èifeachdas Cleachdaidh Lùtha
Ceist:
Bidh càr dealain a’ cleachdadh 270 MJ de lùth airson siubhal 300 km. Obraich a-mach a èifeachdas lùtha ann an km/MJ.
Deasbad:
Faodar èifeachdas cleachdadh lùtha obrachadh a-mach le bhith a’ roinn an astar a chaidh a shiubhal leis an lùth a chaidh a chleachdadh:
\[ Èifeachdas = \frac{\text{Astar siubhail}}{\text{Lùth air a chleachdadh}} \]
Cuir luachan aithnichte nan àite:
Èifeachdas = 300 km/270 MJ timcheall air 1.11 km/MJ
Mar sin, tha èifeachdas lùtha a’ chàir dealain timcheall air 1.11 km/MJ.
Ceist 3: Comas Bataraidh ann an Coulombs
Ceist:
Tha bholtaids de 400 V agus comas de 75 kWh aig bataraidh càr dealain. Obraich a-mach comas a’ bhataraidh ann an coulombs (C).
Deasbad:
Faodar lùth ann an joules obrachadh a-mach leis an fhoirmle seo:
\[ E = Q \times V \]
Far a bheil \(E \) na lùth ann an joules, \(Q \) na chosgais ann an coulombs, agus \(V \) na bholtaids ann am volts. An toiseach, bidh sinn ag atharrachadh an lùth bho kWh gu joules mar a chaidh a dhèanamh sa chiad dhuilgheadas:
[75 kWh = 270 x 106 J]
An uairsin, bidh sinn a’ cleachdadh na foirmle gu h-àrd gus an luchd obrachadh a-mach:
[Q = \frac{E}{V} = \frac{270 \times 10^6 \text{J}}{400 \text{V}} = 675000 \text{C} \]
Mar sin, is e comas a’ bhataraidh 675000 coulombs.
Ceist 4: Ath-bheachdan dealan-cheimigeach ann am bataraidhean lithium-ion
Ceist:
Mìnich na h-ath-bheachdan dealan-cheimigeach a thachras ann am bataraidh lithium-ion nuair a thathar ga ghearradh agus ga dhì-luchdachadh.
Deasbad:
Ann am bataraidhean lithium-ion, tha am pròiseas cosgais is dì-luchdachadh a’ toirt a-steach gluasad ianan lithium eadar an anod agus an catod tron electrolyte.
1. Nuair a bhios tu a’ cur cosgais:
– Ath-bhualadh aig a’ chatòid:
[ \text{LiCoO}_2 + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{Li}_2 \text{CoO}_2 \]
– Freagairt aig an Anod:
[LiC_6 6C + Li^+ + e^-]
Fo na cumhaichean seo, bidh ianan lithium a’ gluasad bhon chatod (LiCoO2) chun an anod (mar as trice air a dhèanamh de ghrafait, C) agus bidh dealanan a’ sruthadh tro chuairt taobh a-muigh chun an anod gus neodrachd dealain a chumail suas.
2. Nuair a bhios tu a’ falmhachadh:
– Ath-bhualadh aig a’ chatòid:
[ \text{Li}_2 \text{CoO}_2 \rightarrow \text{LiCoO}_2 + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \]
– Freagairt aig an Anod:
[6C + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{LiC}_6 \]
Fo na cumhaichean seo, bidh ianan lithium a’ gluasad bhon anod air ais chun chatod, agus bidh dealanan a’ sruthadh air ais tron chuairt taobh a-muigh bhon anod chun chatod gus obair taobh a-muigh a dhèanamh leithid motair dealain a dhràibheadh.
Ceist 5: Cumhachd agus Ùine Cosgais
Ceist:
Ma tha toradh 50 kW aig stèisean cosgais, dè cho fada ’s a bheir e gus bataraidh càr dealain 75 kWh a ghearradh gu h-iomlan bho bhith falamh?
Deasbad:
Faodar an ùine cosgais obrachadh a-mach le bhith a’ roinn comas a’ bhataraidh le cumhachd toraidh an stèisein cosgais:
\[ Ùine = \frac{\text{Comas Bataraidh}}{\text{Cumhachd Toraidh}} \]
Cuir luachan aithnichte nan àite:
[Ùine = \frac{75 \text{kWh}}{50 \text{kW}} = 1.5 \text{ uairean}]
Mar sin, is e 1.5 uair a thìde an ùine a dh’ fheumar gus am bataraidh a ghearradh gu h-iomlan bho bhith falamh.
Co-dhùnadh
Tha cleachdadh dealan-cheimigeachd ann an carbadan dealain na eisimpleir concrait air mar as urrainnear ceimigeachd a chur an sàs gus fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan lùtha an latha an-diugh. Bidh bataraidhean lithium-ion, am prìomh phàirt stòraidh lùtha ann an carbadan dealain, ag obair air prionnsapalan dealan-cheimigeachd anns a bheil ath-bheachdan redox. Tro dhiofar àireamhachadh comas agus èifeachdas lùtha, is urrainn dhuinn tuigse nas doimhne fhaighinn air mar a bhios carbadan dealain ag obair agus a’ coileanadh. Thathar an dùil gun toir na eisimpleirean de dhuilgheadasan a chaidh a dheasbad gu h-àrd sealladh farsaing air na h-àireamhachadh agus na bun-bheachdan co-cheangailte ri cleachdadh dealan-cheimigeachd ann an carbadan dealain.
