လျှပ်စစ်ကားများတွင် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ အသုံးချမှုများကို ဆွေးနွေးသည့် ဥပမာမေးခွန်းများ
Pendahuluan
လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒသည် လျှပ်စစ်စွမ်းအင်နှင့် ဓာတုပြောင်းလဲမှုများအကြား ဆက်နွယ်မှုကို လေ့လာသည့် ဓာတုဗေဒ၏ ဌာနခွဲတစ်ခုဖြစ်သည်။ လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒ၏ လက်တွေ့အသုံးချမှုတစ်ခုမှာ လျှပ်စစ်ကားများတွင် ဘက်ထရီများ သို့မဟုတ် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆဲလ်များကို အသုံးပြုခြင်းဖြစ်သည်။ ဤဘက်ထရီများသည် လျှပ်စစ်ကားများ၏ လည်ပတ်မှုကို ပံ့ပိုးပေးသည့် မရှိမဖြစ် အစိတ်အပိုင်းများဖြစ်သည်။ အောက်ပါဆောင်းပါးတွင် လျှပ်စစ်ကားများတွင် ဘက်ထရီများ၏ လုပ်ဆောင်ချက်အပြင် လျှပ်စစ်ကားများတွင် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒအသုံးချမှုနှင့် ဆက်စပ်သော ဥပမာပြဿနာများနှင့် ဆွေးနွေးမှုများစွာကို ရှင်းပြပါမည်။
လျှပ်စစ်ကားများနှင့် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒ
လျှပ်စစ်ကားဆိုသည်မှာ လျှပ်စစ်ဓာတ်အားကို ၎င်း၏ ပါဝါအရင်းအမြစ်အဖြစ် အသုံးပြုသော ယာဉ်တစ်စီးဖြစ်သည်။ ဤလျှပ်စစ်စွမ်းအင်ကို ကားအတွင်းရှိ ဘက်ထရီများ သို့မဟုတ် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆဲလ်များတွင် သိမ်းဆည်းထားသည်။ လျှပ်စစ်ကားဘက်ထရီများသည် ယေဘုယျအားဖြင့် လီသီယမ်-အိုင်းယွန်း (Li-ion) ဘက်ထရီများဖြစ်ပြီး အခြားဘက်ထရီအမျိုးအစားများထက် စွမ်းအင်သိပ်သည်းဆမြင့်မားပြီး သက်တမ်းပိုရှည်သည်။
လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒနှင့်ဆက်စပ်၍ လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများသည် redox (reduction-oxidation) ဓာတ်ပြုမှုအပေါ် အခြေခံ၍ လည်ပတ်ကြသည်။ ဘက်ထရီကို အားသွင်းသောအခါ လစ်သီယမ်အိုင်းယွန်းများသည် cathode မှ anode သို့ ရွေ့လျားသည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အနေဖြင့် ဘက်ထရီကို လျှပ်စစ်ကားကို မောင်းနှင်ရန်အသုံးပြုသောအခါ လစ်သီယမ်အိုင်းယွန်းများသည် anode မှ cathode သို့ ပြန်လည်ရွေ့လျားပြီး ကား၏လျှပ်စစ်မော်တာကို မောင်းနှင်သည့် လျှပ်စစ်စီးကြောင်းကို ထုတ်ပေးသည်။
ဥပမာဆွေးနွေးမေးခွန်းများ
လျှပ်စစ်ကားများတွင် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒ အသုံးချမှုနှင့် ဆက်စပ်သော ဥပမာမေးခွန်းများနှင့် ဆွေးနွေးမှုအချို့ကို အောက်တွင် ဖော်ပြထားပါသည်။
မေးခွန်း ၁: ဘက်ထရီတွင် သိုလှောင်ထားသော စွမ်းအင်တွက်ချက်မှု
မေးခွန်း:
လျှပ်စစ်ကားဘက်ထရီတစ်ခုတွင် 75 kWh (ကီလိုဝပ်-နာရီ) စွမ်းရည်ရှိသည်။ ဘက်ထရီတွင် သိုလှောင်ထားသော လျှပ်စစ်စွမ်းအင်ပမာဏကို ဂျိုးလ် (J) ဖြင့် တွက်ချက်ပါ။
ဆွေးနွေးချက်:
ကီလိုဝပ်နာရီရှိ စွမ်းအင်ကို အောက်ပါပြောင်းလဲမှုကို အသုံးပြု၍ ဂျိုးလ်အဖြစ် ပြောင်းလဲနိုင်သည်-
\[ ၁ kWh = ၃.၆ x ၁၀^၆ J]
ဒါကြောင့် ဘက်ထရီထဲမှာ သိုလှောင်ထားတဲ့ စွမ်းအင်က အောက်ပါအတိုင်း ဖြစ်ပါတယ်။
\[ ၇၅ kWh \text{၃.၆ \text{၁၀^၆ J/kWh} = ၂၇၀ \text{၁၀^၆ J} = ၂၇၀ \text{MJ} \]
ထို့ကြောင့် ဘက်ထရီတွင် သိုလှောင်ထားသော လျှပ်စစ်စွမ်းအင်ပမာဏမှာ ၂၇၀ သန်း ဂျိုး သို့မဟုတ် ၂၇၀ MJ (MegaJoules) ဖြစ်သည်။
မေးခွန်း ၂: စွမ်းအင်အသုံးပြုမှု ထိရောက်မှု
မေးခွန်း:
လျှပ်စစ်ကားတစ်လုံးသည် ၃၀၀ ကီလိုမီတာ ခရီးသွားရန် စွမ်းအင် ၂၇၀ MJ အသုံးပြုသည်။ ၎င်း၏ စွမ်းအင်ထိရောက်မှုကို km/MJ ဖြင့် တွက်ချက်ပါ။
ဆွေးနွေးချက်:
စွမ်းအင်အသုံးပြုမှု၏ ထိရောက်မှုကို ခရီးသွားသောအကွာအဝေးကို အသုံးပြုသောစွမ်းအင်ဖြင့် စားခြင်းဖြင့် တွက်ချက်နိုင်သည်-
\[ ထိရောက်မှု = \frac{\text{ခရီးသွားအကွာအဝေး}}{\text{အသုံးပြုသောစွမ်းအင်}} \]
သိရှိထားသော တန်ဖိုးများကို အစားထိုးပါ-
\[ ထိရောက်မှု = \frac{300 \text{km}}{270 \text{MJ}} \approx 1.11 \text{ km/MJ} \]
ဒါကြောင့် လျှပ်စစ်ကားရဲ့ စွမ်းအင်ထိရောက်မှုက 1.11 km/MJ ဝန်းကျင်မှာ ရှိပါတယ်။
မေးခွန်း ၃: Coulombs တွင် ဘက်ထရီစွမ်းရည်
မေးခွန်း:
လျှပ်စစ်ကားဘက်ထရီတွင် ဗို့အား 400 V နှင့် စွမ်းရည် 75 kWh ရှိသည်။ ဘက်ထရီ၏ စွမ်းရည်ကို coulombs (C) ဖြင့် တွက်ချက်ပါ။
ဆွေးနွေးချက်:
ဂျိုးလ်ဖြင့် စွမ်းအင်ကို အောက်ပါဖော်မြူလာကို အသုံးပြု၍ တွက်ချက်နိုင်သည်-
\[ E = Q \မြှောက် V \]
\( E \) သည် ဂျိုးလ်ဖြင့် စွမ်းအင်ဖြစ်ပြီး \( Q \) သည် ကူလွမ်ဖြင့် အားသွင်းပြီး \( V \) သည် ဗို့အားဖြစ်သည်။ ပထမဦးစွာ၊ ပထမပြဿနာတွင် ပြုလုပ်ခဲ့သည့်အတိုင်း kWh မှ စွမ်းအင်ကို ဂျိုးလ်အဖြစ် ပြောင်းလဲပါသည်-
\[ ၁ kWh = ၃.၆ x ၁၀^၆ J]
ထို့နောက် အထက်ဖော်ပြပါ ဖော်မြူလာကို အသုံးပြု၍ ဝန်အားကို တွက်ချက်ပါ-
\[ Q = \frac{E}{V} = \frac{270 \times 10^6 \text{J}}{400 \text{V}} = 675000 \text{C} \]
ဒါကြောင့် ဘက်ထရီစွမ်းရည်က 675000 coulombs ဖြစ်ပါတယ်။
မေးခွန်း ၄: လီသီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများရှိ လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ တုံ့ပြန်မှုများ
မေးခွန်း:
လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီတွင် အားသွင်းနေစဉ်နှင့် အားလျော့နေစဉ်အတွင်း ဖြစ်ပေါ်သော လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒဆိုင်ရာ ဓာတ်ပြုမှုများကို ရှင်းပြပါ။
ဆွေးနွေးချက်:
လီသီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများတွင် အားသွင်းခြင်းနှင့် အားပြန်သွင်းခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်တွင် အန်နုတ်နှင့် ကတ်သုတ်အကြား လီသီယမ်အိုင်းယွန်းများ အီလက်ထရိုလိုက်မှတစ်ဆင့် ရွေ့လျားခြင်း ပါဝင်သည်။
၁။ အားသွင်းနေစဉ်-
– ကက်သုတ်တွင် ဓာတ်ပြုမှု-
\[ \text{LiCoO}_2 + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{Li}_2\text{CoO}_2 \]
– အန်နုတ်တွင် တုံ့ပြန်မှု-
\[ \text{LiC}_6 \rightarrow 6C + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \]
ဤအခြေအနေများအောက်တွင်၊ လီသီယမ်အိုင်းယွန်းများသည် ကက်သုတ် (LiCoO2) မှ အန်နုတ် (များသောအားဖြင့် ဂရပ်ဖိုက်၊ C ဖြင့်ပြုလုပ်ထားသည်) သို့ ရွေ့လျားပြီး အီလက်ထရွန်များသည် ပြင်ပပတ်လမ်းမှတစ်ဆင့် အန်နုတ်သို့ စီးဆင်းကာ လျှပ်စစ်ကြားနေမှုကို ထိန်းသိမ်းပါသည်။
၂။ ဆီးထုတ်သည့်အခါ-
– ကက်သုတ်တွင် ဓာတ်ပြုမှု-
\[ \text{Li}_2\text{CoO}_2 \rightarrow \text{LiCoO}_2 + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \]
– အန်နုတ်တွင် တုံ့ပြန်မှု-
\[ ၆C + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{LiC}_6 \]
ဤအခြေအနေများအောက်တွင်၊ လီသီယမ်အိုင်းယွန်းများသည် အန်နုတ်မှ ကက်သုတ်သို့ ပြန်ရွေ့လျားပြီး အီလက်ထရွန်များသည် လျှပ်စစ်မော်တာမောင်းနှင်ခြင်းကဲ့သို့သော ပြင်ပအလုပ်များကို လုပ်ဆောင်ရန် အန်နုတ်မှ ကက်သုတ်သို့ ပြင်ပပတ်လမ်းမှတစ်ဆင့် ပြန်စီးဆင်းသည်။
မေးခွန်း ၅: ပါဝါနှင့် အားသွင်းချိန်
မေးခွန်း:
အားသွင်းစခန်းတစ်ခုတွင် 50 kW output ရှိပါက 75 kWh လျှပ်စစ်ကားဘက်ထရီကို ဗလာနေရာမှ အပြည့်အဝအားသွင်းရန် အချိန်မည်မျှကြာသနည်း။
ဆွေးနွေးချက်:
အားသွင်းချိန်ကို ဘက်ထရီစွမ်းရည်ကို အားသွင်းစခန်း၏ အထွက်ပါဝါဖြင့် စားခြင်းဖြင့် တွက်ချက်နိုင်သည်-
\[ အချိန် = \frac{\text{ဘက်ထရီစွမ်းရည်}}{\text{ထွက်ရှိမှုစွမ်းအား}} \]
သိရှိထားသော တန်ဖိုးများကို အစားထိုးပါ-
\[ အချိန် = \frac{75 \text{kWh}}{50 \text{kW}} = 1.5 \text{ နာရီ} \]
ထို့ကြောင့် ဘက်ထရီကို ဗလာမှ အားအပြည့်သွင်းရန် လိုအပ်သောအချိန်သည် ၁.၅ နာရီဖြစ်သည်။
နိဂုံး
လျှပ်စစ်ယာဉ်များတွင် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒကို အသုံးချခြင်းသည် ခေတ်သစ်စွမ်းအင်ပြဿနာများကို ဖြေရှင်းရန် ဓာတုဗေဒကို မည်သို့အသုံးချနိုင်သည်ကို ပြသသည့် လက်တွေ့ကျသော ဥပမာတစ်ခုဖြစ်သည်။ လျှပ်စစ်ယာဉ်များတွင် အဓိကစွမ်းအင်သိုလှောင်မှု အစိတ်အပိုင်းဖြစ်သော လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများသည် အောက်ဆီဒေးရှင်းဓာတ်ပြုမှုများပါဝင်သည့် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒမူများအပေါ်တွင် လည်ပတ်ကြသည်။ စွမ်းရည်နှင့် စွမ်းအင်ထိရောက်မှုဆိုင်ရာ တွက်ချက်မှုအမျိုးမျိုးမှတစ်ဆင့် လျှပ်စစ်ယာဉ်များ မည်သို့လည်ပတ်ပြီး လုပ်ဆောင်ပုံကို ပိုမိုနက်ရှိုင်းစွာ နားလည်နိုင်ပါသည်။ အထက်တွင် ဆွေးနွေးထားသော ဥပမာပြဿနာများသည် လျှပ်စစ်ယာဉ်များတွင် လျှပ်စစ်ဓာတုဗေဒအသုံးချမှုနှင့် ဆက်စပ်သော တွက်ချက်မှုများနှင့် အခြေခံသဘောတရားများ၏ အထွေထွေခြုံငုံသုံးသပ်ချက်ကို ပေးစွမ်းရန် မျှော်လင့်ရသည်။
