בייַשפּיל פֿראַגעס וואָס דיסקוטירן עלעקטראָכעמישע אַפּליקאַציעס אין עלעקטרישע קאַרס
הקדמה
עלעקטראָכעמיע איז אַ צווייַג פֿון כעמיע וואָס שטודירט די פֿאַרבינדונג צווישן עלעקטרישע ענערגיע און כעמישע ענדערונגען. איין פּראַקטישע אַפּליקאַציע פֿון עלעקטראָכעמיע איז די נוצן פֿון באַטעריעס אָדער עלעקטראָכעמישע צעלן אין עלעקטרישע אויטאָס. די באַטעריעס זענען וויכטיקע קאָמפּאָנענטן וואָס שטיצן די אָפּעראַציע פֿון עלעקטרישע אויטאָס. דער פֿאָלגנדיקער אַרטיקל וועט דערקלערן די פֿונקציע פֿון באַטעריעס אין עלעקטרישע אויטאָס, ווי אויך עטלעכע בייַשפּיל פּראָבלעמען און דיסקוסיעס פֿאַרבונדן מיט דער אַפּליקאַציע פֿון עלעקטראָכעמיע אין עלעקטרישע אויטאָס.
עלעקטרישע אויטאָס און עלעקטראָכעמיע
אן עלעקטרישער אויטאָ איז אַ פאָרמיטל וואָס ניצט עלעקטריע ווי זיין מאַכט מקור. די עלעקטרישע ענערגיע ווערט געשפּאָרן אין באַטעריעס אָדער עלעקטראָכעמישע צעלן אינעווייניק פון אויטאָ. עלעקטרישע אויטאָ באַטעריעס זענען בכלל ליטיום-יאָן (לי-יאָן) באַטעריעס, וואָס האָבן אַ הויכע ענערגיע געדיכטקייט און אַ לענגערע לעבן ווי אַנדערע טייפּס באַטעריעס.
אין קאנטעקסט פון עלעקטראכעמיע, ארבעטן ליטיום-יאָן באַטעריעס אויף דער באַזע פון אַ רעדאָקס (רעדוקציע-אָקסידאַציע) רעאַקציע. ווען די באַטעריע ווערט אויפגעלאָדן, באַוועגן זיך ליטיום יאָנען פון דער קאַטאָדע צו דער אַנאָדע. פאַרקערט, ווען די באַטעריע ווערט גענוצט צו שטראָם-געבן אַן עלעקטרישן פאָרמיטל, באַוועגן זיך ליטיום יאָנען פון דער אַנאָדע צוריק צו דער קאַטאָדע, וואָס דזשענערירט אַן עלעקטרישן קראַנט וואָס שטראָם-געבן דעם אויטאָ'ס עלעקטרישן מאָטאָר.
בייַשפּיל דיסקוסיע פֿראַגן
אונטן זענען עטלעכע בייַשפּיל פֿראגן און דיסקוסיעס שייך צו דער אַפּליקאַציע פון עלעקטראָכעמיע אין עלעקטרישע קאַרס.
פראגע 1: רעכענונג פון ענערגיע סטאָרד אין אַ באַטאַרייע
פראגע:
אן עלעקטרישע אויטאָ באַטעריע האט אַ קאַפּאַציטעט פון 75 קווה (קילאָוואַט-שעה). רעכנט אויס די סומע עלעקטרישע ענערגיע וואָס איז סטאָרד אין דער באַטעריע אין דזשולס (דזש).
פֿאַרעפֿנטלעכט:
ענערגיע אין קילאוואט-שעה קען ווערן קאנווערטירט צו דזשולס מיט די פאלגנדע קאנווערזיע:
[1 קילאָוואַטש = 3.6 מאָל 10⁶ J]
אַזוי, די ענערגיע וואָס איז סטאָרד אין דער באַטאַרייע איז:
[ 75 קילאָוואַטש (kWh) × 3.6 × 10⁶ דזש/קילוואַטש = 270 × 10⁶ דזש = 270 מ״ג]
אַזוי, די סומע פון עלעקטרישע ענערגיע סטאָרד אין די באַטאַרייע איז 270 מיליאָן דזשולס אָדער 270 מעגאַדזשאָולס (מעגאַדזשאָולס).
פראגע 2: ענערגיע באַניץ עפעקטיווקייט
פראגע:
אן עלעקטרישע אויטאָ ניצט 270 מעגאַדזשול ענערגיע צו פארן 300 קילאָמעטער. רעכנט אויס איר ענערגיע עפעקטיווקייט אין קילאָמעטער/מעגאַדזשול.
פֿאַרעפֿנטלעכט:
די עפעקטיווקייט פון ענערגיע באַניץ קען מען אויסרעכענען דורך צעטיילן די דיסטאַנץ וואָס מען האָט געפאָרן מיט דער ענערגיע וואָס מען האָט געניצט:
\[ עפעקטיווקייט = \frac{\text{דיסטאַנץ געפאָרן}}{\text{ענערגיע געניצט}} \]
פאַרבייַטן באַקאַנטע ווערטן:
עפעקטיווקייט = 300 קילאָמעטער/270 מ״ג (MJ) בערך 1.11 קילאָמעטער/MJ
אַזוי, די ענערגיע עפעקטיווקייט פון די עלעקטרישע מאַשין איז אַרום 1.11 קילאָמעטער/מעגאַדזש.
פראגע 3: באַטעריע קאַפּאַציטעט אין קולאָמבס
פראגע:
אן עלעקטרישע אויטאָ באַטעריע האט אַ וואָולטאַזש פון 400 V און אַ קאַפּאַציטעט פון 75 kWh. רעכנט אויס די באַטעריע'ס קאַפּאַציטעט אין קולאָמבס (C).
פֿאַרעפֿנטלעכט:
ענערגיע אין דזשולס קען מען אויסרעכענען מיט דער פארמל:
\[ E = Q \מאל V \]
וואו \(E \) איז די ענערגיע אין דזשולס, \(Q \) איז די לאדונג אין קולאמבס, און \(V \) איז די וואלטאזש אין וואלטס. ערשטנס, קאנווערטירן מיר די ענערגיע פון קווה צו דזשולס ווי עס איז געטאן געווארן אין דער ערשטער פראבלעם:
[75 קילאָוואַטש = 270 מאָל 10⁶ J]
דערנאך, ניצן מיר די אויבנדערמאנטע פאָרמולע צו רעכענען די לאַסט:
[Q = \frac{E}{V} = \frac{270 \times 10^6 \text{J}}{400 \text{V}} = 675000 \text{C} \]
אַזוי, די באַטאַרייע קאַפּאַציטעט איז 675000 קולאָמבס.
פראגע 4: עלעקטראָכעמישע רעאַקציעס אין ליטיום-יאָן באַטעריעס
פראגע:
דערקלערט די עלעקטראָכעמישע רעאַקציעס וואָס פּאַסירן אין אַ ליטיום-יאָן באַטעריע בעתן אויפלאָדן און אויסלאָדן.
פֿאַרעפֿנטלעכט:
אין ליטיום-יאָן באַטעריעס, דער טשאַרדזשינג און דיסטשאַרדזשינג פּראָצעס ינוואַלווז די באַוועגונג פון ליטיום יאָנען צווישן די אַנאָדע און קאַטאָדע דורך די עלעקטראָליט.
1. ביים אויפלאָדן:
– רעאַקציע בײַ דער קאַטאָדע:
\[ \text{LiCoO}_2 + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{Li}_2\text{CoO}_2 \]
– רעאַקציע בײַ דער אַנאָדע:
\[ \text{LiC}_6 \rightarrow 6C + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \]
אונטער די באדינגונגען, באַוועגן זיך ליטיום יאָנען פֿון דער קאַטאָדע (LiCoO2) צו דער אַנאָדע (געוויינטלעך געמאַכט פֿון גראַפֿיט, C) און עלעקטראָנען פֿליסן דורך דעם אויסערלעכן קרייז צו דער אַנאָדע כּדי צו האַלטן עלעקטרישע נייטראַליטעט.
2. ביים אויסליידיקן:
– רעאַקציע בײַ דער קאַטאָדע:
\[ \text{Li}_2 \text{CoO}_2 \rightarrow \text{LiCoO}_2 + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \]
– רעאַקציע בײַ דער אַנאָדע:
\[ 6C + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{LiC}_6 \]
אונטער די באדינגונגען, רירן זיך ליטיום יאנען פון דער אנאד צוריק צום קאטאד, און עלעקטראנען פליסן צוריק דורך דעם אויסערליכן קרייז פון דער אנאד צום קאטאד צו דורכפירן אויסערליכע ארבעט ווי צום ביישפיל אנטרייבן אן עלעקטרישן מאטאר.
פראגע 5: מאַכט און טשאַרדזשינג צייט
פראגע:
אויב אַ טשאַרדזשינג סטאַנציע האט אַן אויסגאַבע פון 50 קוו"ט, ווי לאַנג נעמט עס צו גאָר טשאַרדזשען אַ 75 קוו"ט עלעקטרישע אויטאָ באַטאַרייע פון ליידיק?
פֿאַרעפֿנטלעכט:
טשאַרדזשינג צייט קען אויסגערעכנט ווערן דורך צעטיילן די באַטאַרייע קאַפּאַציטעט דורך די טשאַרדזשינג סטאַנציע אַוטפּוט מאַכט:
\[ צייט = \frac{\text{באַטעריע קאַפּאַציטעט}}{\text{אויסגאַנג מאַכט}} \]
פאַרבייַטן באַקאַנטע ווערטן:
צייט = 75 קילאָוואַטש (50 קילאָוואַטש = 1.5 שעה)
אַזוי, די צייט וואָס איז דארף צו גאָר אָפּלאָדן די באַטאַרייע פֿון ליידיק איז 1.5 שעה.
קעסימפּולאַן
די אנווענדונג פון עלעקטראָכעמיע אין עלעקטרישע וועהיקלעך איז אַ קאָנקרעט בייַשפּיל פון ווי כעמיע קען ווערן געווענדט צו סאָלווע מאָדערנע ענערגיע פּראָבלעמען. ליטיום-יאָן באַטעריעס, די ערשטיקע ענערגיע סטאָרידזש קאָמפּאָנענט אין עלעקטרישע וועהיקלעך, אַרבעטן אויף עלעקטראָכעמישע פּרינציפּן וואָס אַרייַנציען רעדאָקס רעאַקציעס. דורך פֿאַרשידענע קאַלקולאַציעס פון קאַפּאַציטעט און ענערגיע עפעקטיווקייט, קענען מיר באַקומען אַ טיפֿער פֿאַרשטאַנד פון ווי עלעקטרישע וועהיקלעך אַרבעטן און פונקציאָנירן. די בייַשפּיל פּראָבלעמען וואָס זענען דיסקוטירט אויבן זענען געריכט צו צושטעלן אַן אַלגעמיינע איבערבליק פון די קאַלקולאַציעס און גרונט קאָנצעפּטן שייך צו דער אנווענדונג פון עלעקטראָכעמיע אין עלעקטרישע וועהיקלעך.
