电池电压可以根据两个电极电位值确定，也可以使用吉布斯方程和标准吉布斯形成自由能 (Δ f G ˚) 计算。 标准吉布斯形成自由能 化合物的吉布斯自由能的变化是伴随着标准状态的 1 摩尔物质从其标准状态的组成元素（在 1 巴压力和指定温度下元素的最稳定形式，通常298.15 K 或 25 °C）。
吉布斯自由能 (G)
在热力学中，吉布斯自由能是可以从系统中提取的功的量度，在电池的情况下，功是通过在一个电极（阳极）释放离子然后移动到另一个（阴极）来完成的。 能量的变化主要等于所做的功，而在原电池的情况下，电功是通过离子的运动来完成的，这是由于反应物之间的化学相互作用产生的产物。 因此，能量以 Δ G表示，即吉布斯自由能的变化，代表在能量转换过程中可以获得的最大化学能。
每当反应发生时，系统的自由能就会发生变化：
∆G = – nFE°
其中F = 常数，称为法拉第（96,485 C 或 26.8 Ah）
n = 参与化学计量反应的电子数
E ° = 标准电位，V。
可以从其他三个值 n、F 和 E 计算出 ∆G 的值。
原电池的电池电压可以从表达式计算
ΔG° = ΣΔG° f 产物– ΣΔG° f 反应物
标准摩尔形成自由能可从标准教科书中获得 [Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, p.366]。
PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 ⇄ 2PbSO 4 + 2H 2 O
ΔG° = ΣΔG° f 产物– ΣΔG° f 反应物
∆Gº = [2( − 193 . 89) + 2( − 56 . 69)] − [( − 52 . 34) + 0 – 2( − 177 . 34)]
= – 94 。 14大卡/摩尔
= – 94 。 14大卡/摩尔× 4 。 184 kJ/摩尔
= – 393 。 88 kJ/摩尔
Eº = − Δ Gº/nF
= − ( − 393 . 88 × 1000) / 2 × 96485
= 2 。 04 伏
相应增加的自由能等于对系统所做的电功。 因此，
-ΔG = nFE 或 ΔG = -nFE 且 ΔGº = -nFEº。
来自电极电位的电池电压
两个电极电位的组合将给出电池电压：
E电池= E阴极或正极– E阳极或负极
或 E单元格= E PP – E NP
根据 1953 年和 1968 年国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC) 的约定，原电池的编写方式为 右手电极(RHE) 是正极，其中 减少发生并且 左手电极是负极，其中 发生氧化，电子从左向右流动 [麦克尼科尔BD;兰德，麦克尼科尔 BD 的 DAJ； Rand, DAJ (ed.) Power Sources for Electric Vehicles，第 4 章，Elsevier，阿姆斯特丹，1984 年] 。 RHE 是阴极，LHE 是阳极
E细胞= E RHE − E LHE
电极电位的值可以从教科书和手册中获得。
铅酸电池电极电位的电池电压
E电池= E阴极或正极– E阳极或负极
LHE Pb½H 2 SO 4 ½H 2 SO4½PbO 2 RHE
RHE 是阴极E ° Rev = 1.69 V 对于 Pb 4 + + 2e ⇄ Pb 2+和
LHE 阳极E ° Rev = −0.358 V，对于 Pb º − 2e _ Pb 2+
E电池= 1.69 – (-0.358) = 2.048 V。
Ni-Cd 电池电极电位的电池电压
RHE Cd|KOH|KOH|NiOOH LHE
LHE E ° Rev = 0.49 对于 NiOOH +2e ⇄Ni(OH)
RHE E ° Rev = – 0.828 V Cd ⇄ Cd 2+ +2e
E细胞=0 。 49 V − ( − 0 . 828) = 1 。 318伏
镍电极在标准条件下的E ° Rev为 0.49V。MH 电极的E ° Rev取决于氢化物形成材料的分压，根据
2MH ⇄ 2M + H 2 ↑
MH 电极的优选氢分压约为 0.01 bar， E ° Rev范围通常在 –0.930 和 –0.860 V 之间。所以
E细胞=0 。 49 V − ( − 0 . 89) = 1 . 3 伏。
来自 LCO 化学锂离子电池电极电位的电池电压
RHE C | DMC +DEC +PC 中的 LiPF 6 | LiCoO 2 LHE
对于 LiC 6 ⇄ xLi + + xe + C 6 ，RHE E ° Rev = 0.1 V（相对于锂金属）
LHE E ° Rev = 3.8 V（相对于锂金属）对于 Li 1-x CoO 2 + xe放电 → LiCoO 2
总反应为 C 6 +LiCoO 2 ⇄Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
E电池= 3.8 – (0.1) = 3.7 V。
LiFePO4 化学式锂离子电池的电极电位的电池电压
RHE C | LiPF 6或 LiODFB (EC+EMC+DEC) |磷酸铁锂4 LHE
对于 LiC 6 ⇄ xLi + + xe + C 6 ，RHE E ° Rev = 0.1 V（相对于锂金属）
LHE E ° Rev = 3.5 V（相对于锂金属）对于 FePO 4 + xe + xLi + =放电 → xLiFePO 4 + (1-x) FePO 4
LIODFB = 二氟（草酸）硼酸锂
总反应 LiFePO 4 + 6C → LiC 6 + FePO 4
E电池= 3.3 – (0.1) = 3.2 V
原电池的质量依赖量：电流、功率和能量
功率以瓦特为单位给出，时间因素不涉及功率。
P = W = V*A
能源是指在一段时间内消耗的功率，因此单位涉及小时。
能量 1 W.Second = 1 焦耳
能量 = Wh = W*h = V*A*h = 3600 焦耳。
1 千瓦时 = 1000 瓦时。
容量是电池可以提供的电量 (Ah)。
如果给出 Wh 或 kWh 中的任意两个，则可以计算另一个（Wh = VAh）。
850 Wh 的 12 V 电池可以提供 850 Wh/12 V = 71 Ah。 可以提取 71 Ah 的持续时间不仅取决于电流，还取决于化学类型。 例如，锂离子电池可以在 1 小时内提供 70 A 的电流。 但是，另一方面，如果放电电流为 35 A，铅酸电池可以承受 1 小时。但是，VRLA 电池只能提供 70A 的电流，但大约不到 40 分钟。
锂离子电池在 70 A = 70 A*3.6 V= 252 W 时提供的瓦数。
但是铅酸电池在 70 A = 70 A* 1.9 V = 133 W 时提供的瓦数。
可以看到，锂离子电池可以在相同电流下以每个电池为单位提供更多瓦数。
类似地，锂离子电池在 70 A = 70 A*3.6 V *1h= 252 Wh 时提供的能量。
但是 VR 铅酸电池在 70 A = 70 A* 1.9 V * 0.66 h = 88 Wh 时提供的能量。
我们可以看到锂离子电池可以在相同电流的情况下以每个电池为单位提供更多能量
比容量是每单位重量的 Ah（Ah/kg 或 mAh/g）。
比能是单位重量的 Wh (Wh/kg)。
能量密度是每单位体积的 Wh（Wh/升）。
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本文由
日本NEC锂电池中国营销中心于2023-05-12 10:37:52 整理发布。
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