Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè Tí Ó Ń Jíròrò Àwọn Ohun Èlò Eléktrokemika Nínú Àwọn Ọkọ̀ Ayọ́kẹ́lẹ́ Iná
Pendahuluan
Ẹ̀rọ-ẹ̀rọ-ẹ̀rọ jẹ́ ẹ̀ka kẹ́mísírì tí ó ń ṣe àgbéyẹ̀wò ìbáṣepọ̀ láàárín agbára iná mànàmáná àti àwọn ìyípadà kẹ́mísírì. Ohun kan tí a lè lò ní gidi nípa lílo ẹ̀rọ-ẹ̀rọ-ẹ̀rọ-ẹ̀rọ ni lílo àwọn bátírì tàbí àwọn sẹ́ẹ̀lì kẹ́mísírì nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná. Àwọn bátírì wọ̀nyí jẹ́ àwọn ohun pàtàkì tí ó ń ṣe àtìlẹ́yìn fún iṣẹ́ àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná. Àpilẹ̀kọ tí ó tẹ̀lé yìí yóò ṣàlàyé iṣẹ́ àwọn bátírì nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná, àti ọ̀pọ̀lọpọ̀ àpẹẹrẹ àwọn ìṣòro àti ìjíròrò tí ó ní í ṣe pẹ̀lú lílo ẹ̀rọ-ẹ̀ ...
Àwọn Ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná àti ẹ̀rọ kẹ́mísírì
Ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ oníná jẹ́ ọkọ̀ tí ó ń lo iná mànàmáná gẹ́gẹ́ bí orísun agbára rẹ̀. Agbára iná mànàmáná yìí ni a ń tọ́jú sínú àwọn bátìrì tàbí àwọn sẹ́ẹ̀lì onínáná nínú ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́. Àwọn bátìrì ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ oníná sábà máa ń jẹ́ bátìrì lithium-ion (Li-ion), tí ó ní agbára gíga àti ìgbésí ayé gígùn ju àwọn bátìrì mìíràn lọ.
Nínú ìlànà electrochemistry, àwọn bátírì lithium-ion ń ṣiṣẹ́ lórí ìpìlẹ̀ ìṣe redox (reduction-oxidation). Nígbà tí a bá gba agbára bátírì náà, àwọn ion lithium máa ń gbé láti cathode sí anode. Ní ọ̀nà mìíràn, nígbà tí a bá lo bátírì náà láti fún ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná, àwọn ion lithium máa ń gbé láti anode padà sí cathode, èyí sì máa ń mú kí iná mànàmáná tó ń fún mọ́tò iná mànàmáná ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ náà lágbára.
Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè Ìjíròrò
Àwọn àpẹẹrẹ ìbéèrè àti ìjíròrò tó jẹ mọ́ lílo electrochemistry nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná nìyí.
Ìbéèrè 1: Ìṣírò Agbára Tí A Fi Pamọ́ Nínú Bátírì
Ìbéèrè:
Bátìrì ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ oníná mànàmáná ní agbára tó tó 75 kWh (kílowatt-hours). Ṣírò iye agbára iná mànàmáná tí a tọ́jú sínú bátìrì ní joules (J).
Ìjíròrò:
A le yi agbara pada ni awọn wakati kilowatt si joules nipa lilo iyipada atẹle yii:
\[ 1 \text{kWh} = 3.6 \times 10^6 \text{J} \]
Nitorinaa, agbara ti a fipamọ sinu batiri naa ni:
\[ 75 \text{kWh} \times 3.6 \times 10^6 \text{J/kWh} = 270 \times 10^6 \text{J} = 270 \text{MJ} \]
Nítorí náà, iye agbára iná mànàmáná tí a kó pamọ́ sínú bátírì jẹ́ 270 mílíọ̀nù joules tàbí 270 MJ (MegaJoules).
Ìbéèrè 2: Lilo Agbára Tó Dáadáa
Ìbéèrè:
Ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ oníná mànàmáná kan ń lo agbára 270 MJ láti rìnrìn àjò 300 km. Ṣírò agbára rẹ̀ ní km/MJ.
Ìjíròrò:
A le ṣe iṣiro ṣiṣe lilo agbara nipa pipin ijinna ti agbara ti a lo rin:
\[ Ìṣiṣẹ́ = \frac{\text{Ìjìnnà tí a rìnrìn àjò}}{\text{Agbára tí a lò}} \]
Rọpo awọn iye ti a mọ:
\[ Ìṣiṣẹ́ tó péye = \frac{300 \text{km}}{270 \text{MJ}} \approx 1.11 \text{ km/MJ} \]
Nítorí náà, agbára tí ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná ń lò jẹ́ nǹkan bí 1.11 km/MJ.
Ìbéèrè 3: Agbára Bátìrì ní Coulombs
Ìbéèrè:
Batiri ọkọ ayọkẹlẹ onina ni folti 400 V ati agbara 75 kWh. Ṣe iṣiro agbara batiri ni awọn coulombs (C).
Ìjíròrò:
A le ṣe iṣiro agbara ni awọn joule nipa lilo agbekalẹ:
\[ E = Q \igba V \]
Níbi tí \(E \) jẹ́ agbára nínú joules, \(Q \) jẹ́ agbára nínú coulombs, àti \(V \) jẹ́ fóltéèjì nínú volts. Àkọ́kọ́, a yí agbára náà padà láti kWh sí joules gẹ́gẹ́ bí a ti ṣe nínú ìṣòro àkọ́kọ́:
\[ 75 \text{kWh} = 270 \times 10^6 \text{J} \]
Lẹ́yìn náà, a lo agbekalẹ tí ó wà lókè yìí láti ṣírò ẹrù náà:
\[ Q = \frac{E}{V} = \frac{270 \times 10^6 \text{J}}{400 \text{V}} = 675000 \text{C} \]
Nitorinaa, agbara batiri jẹ 675000 coulombs.
Ìbéèrè 4: Àwọn Ìhùwàsí Electrokemika nínú Àwọn Bátìrì Lithium-Ion
Ìbéèrè:
Ṣàlàyé àwọn ìṣesí electrochemical tí ó máa ń wáyé nínú bátírì lithium-ion nígbà tí a bá ń gba agbára àti nígbà tí a bá ń tú agbára jáde.
Ìjíròrò:
Nínú àwọn bátìrì lítíọ́mù-íọ́nù, ìlànà gbígbà àti ìtújáde jẹ́ ìṣípò àwọn ion lítíọ́mù láàrín anode àti katódì nípasẹ̀ electrolyte.
1. Nígbà tí a bá ń gba agbára:
– Ìdáhùn ní Katode:
\[ \text{LiCoO}_2 + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{Li}_2\text{CoO}_2 \]
– Ìdáhùn ní Anode:
\[ \text{LiC}_6 \rightarrow 6C + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \]
Lábẹ́ àwọn ipò wọ̀nyí, àwọn ion lithium máa ń yípadà láti cathode (LiCoO2) sí anode (tí a sábà máa ń fi graphite, C ṣe) àti àwọn elekitironi máa ń ṣàn nípasẹ̀ circuit òde sí anode láti pa àìdádúró iná mọ́.
2. Nígbà tí a bá ń tú nǹkan sílẹ̀:
– Ìdáhùn ní Katode:
\[ \text{Li}_2\text{CoO}_2 \rightarrow \text{LiCoO}_2 + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \]
– Ìdáhùn ní Anode:
\[ 6C + \text{Li}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{LiC}_6 \]
Lábẹ́ àwọn ipò wọ̀nyí, àwọn ion lithium máa ń yí padà láti anode padà sí cathode, àwọn elekitironi sì máa ń ṣàn padà nípasẹ̀ circuit òde láti anode sí cathode láti ṣe iṣẹ́ òde bíi wíwakọ̀ mọ́tò iná mànàmáná.
Ìbéèrè 5: Agbára àti Àkókò Gbígbà
Ìbéèrè:
Tí ibùdó gbigba agbara bá ní agbára tó tó 50 kW, ìgbà wo ló máa gba láti gba agbára bátìrì ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ 75 kWh pátápátá láti inú òfo?
Ìjíròrò:
A le ṣe iṣiro akoko gbigba agbara nipa pipin agbara batiri nipasẹ agbarajade ibudo gbigba agbara:
\[ Àkókò = \frac{\text{Agbára Bátìrì}}{\text{Agbára Ìjáde}} \]
Rọpo awọn iye ti a mọ:
\[ Àkókò = \frac{75 \text{kWh}}{50 \text{kW}} = 1.5 \text{ wákàtí} \]
Nitorinaa, akoko ti a nilo lati gba agbara batiri naa ni kikun lati ofo jẹ wakati 1.5.
Ipari
Lílo electrochemistry nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná jẹ́ àpẹẹrẹ tó dájú nípa bí a ṣe lè lo kemistri láti yanjú àwọn ìṣòro agbára òde òní. Àwọn bátírì Lithium-ion, apá pàtàkì nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná, ń ṣiṣẹ́ lórí àwọn ìlànà electrochemistry tó ní í ṣe pẹ̀lú àwọn ìṣe redox. Nípasẹ̀ onírúurú ìṣirò agbára àti ìṣe agbára, a lè ní òye tó jinlẹ̀ nípa bí àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná ṣe ń ṣiṣẹ́ àti bí wọ́n ṣe ń ṣiṣẹ́. Àwọn àpẹẹrẹ ìṣòro tí a jíròrò lókè yìí ni a retí pé yóò fún wa ní àkópọ̀ ìṣirò àti àwọn èrò ìpìlẹ̀ tó ní í ṣe pẹ̀lú lílo electrochemistry nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná.
