Kun Róbert (szerk.)

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Fejezetek a villamosenergia-rendszerek, az elektrokémiai és további energiatárolási technológiák témaköréből


1.6.2. A reakció szabadentalpia-változása és a cellareakció potenciálja

A termodinamika elmélete szerint a reakció szabadentalpia-változása (ΔrG ) a rendszer szabadentalpia-függvényének a reakciókoordináta szerinti deriváltjaként adható meg:
 
(2)
 
ahol μi az i-edik komponens
 
(3)
 
egyenlettel definiált kémiai potenciálját jelenti. ΔrG formálisan úgy tekinthető, mint a cellareakció lejátszódása során a rendszerben végbemenő energiaváltozás azon része, amely „hasznos” munka végzésére használható fel.
Egy kémiai reakció akkor megy végbe önként, ha
 
(4)
 
 
A fizikából ismert, hogy elektromos erőtérbe Q elektromos töltést juttatva a töltést erőhatás éri, mely az erőtérre jellemző elektromos térerősségtől függ. Amennyiben a Q töltés az erőhatás következtében az erőtér két pontja között elmozdul, akkor a térben elektromos munkavégzés történik, melynek nagysága:
 
(5)
 
ahol φ1 és φ2 az elektromos potenciál értéke az 1, illetve 2 pontban, U12 pedig a feszültséget jelenti a két pont között.
A cellareakcióra felírt egyenletben feltüntetett anyagmennyiségek reakciója során z·F mennyiségű töltés átmenetére kerül sor (z a „cellareakció töltésszáma” a cellareakció egyenletének megfelelően). A fentiek alapján az eközben végzett elektromos munka az áthaladt töltés és az elektródok közötti feszültség szorzataként definiálható:
 
(6)
 
Az aktuális egyenlettel megadott cellareakcióhoz rendelhető „maximális munkát” a reakció szabadentalpia-változása adja meg, tehát az elektrokémiai cellához (galváncellához) rendelhető „elektromos munka” is legfeljebb ekkora lehet.
Az egyenletet a cellareakció szabadentalpia-változásával felírva:
 
(7)
 
ahol Ecell a cellareakció potenciálja. A kifejezésben a negatív előjelet a termodinamikában használatos előjel-konvenció indokolja, hiszen itt a munkát a rendszer végzi.
A cellareakció potenciálja az előző meggondolások alapján tehát felfogható úgy is, hogy ez azon elektromos potenciálkülönbség (feszültség) abszolút értékének a maximális értéke, amely egy adott elektrokémiai cella esetében a termodinamika elvei szerint a cella pólusai között elméletileg kialakulhat. Mivel „önként végbemenő” folyamatra ΔrG < 0, ezért ebben az esetben Ecell > 0, az ellentétes irányban lejátszódó reakcióra ΔrG > 0, tehát Ecell < 0.
A fentiek és a cellareakció konvencionális egyenletének definíciója alapján nyilvánvaló, hogy a cellareakció konvencionális egyenlete önmagában semmit sem mond a cellában zajló spontán kémiai reakció irányáról: Ecell > 0 esetében a konvencionális egyenlettel megadott kémiai reakció az egyenlet balról jobbra történő olvasásának megfelelő irányban játszódik le önként, ha pedig Ecell < 0, akkor az ellentétes irányú folyamat a kedvezményezett.
 

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 126 9

A kötet átfogó, horizontális tematikával vezeti be az olvasót az akkumulátor értéklánc teljes spektrumába: bemutatja a villamosenergia-piac működését, a telepített energiatárolási megoldásokat, az akkumulátorok járműipari alkalmazása terén az alternatív hajtásláncok felépítését és kulcskomponenseit, valamint részletesen tárgyalja a Li-ion akkumulátorok felépítését, működését, gyártástechnológiáját és a legfrissebb fejlesztési irányokat. Áttekintést nyújt továbbá az akkumulátorok biztonságtechnikájáról, diagnosztikai eljárásairól és az újrahasznosítás legfontosabb szempontjairól. Az olvasó átfogó képet kaphat az elektrokémiai energiatárolás technológiai hátteréről, a mobilitási és telepített tárolási megoldások térnyeréséről, az akkumulátoripar hazai és globális fejlődési irányairól, valamint az ezekhez kapcsolódó lehetőségekről, kihívásokról és szabályozási kérdésekről. A kötet az akkumulátorgyártás alaplépéseitől a jármű- és energiarendszer-integrációig, a töltőinfrastruktúrától a biztonságtechnikai, gazdasági és jogi aspektusokig számos kapcsolódó területet is tárgyal. Hasznos olvasmány lehet gépész-, villamos- és vegyipari mérnökök, mechatronikai és gazdasági szakemberek, autóipari és energiaipari szereplők, valamint a közszféra és az oktatás területén dolgozók számára – de mindazoknak is, akik naprakész, rendszerszintű tudást keresnek az energiatárolás és az elektromobilitás dinamikusan fejlődő világában. A kötet elkészítését a Magyar Akkumulátor Szövetség támogatta.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kun-energiatarolasi-es-akkumulatoripari-alapismeretek//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave