理论比容量计算器
由活性材料化学式与转移电子数算出理论比容量 mAh/g，并给出元素质量分数与比能量。
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功能简介
理论比容量计算器只回答一个问题：这种材料每克能存下多少电子。答案完全来自化学计量——每式单元转移的电子数，除以该式单元的摩尔质量。不需要拟合、不需要实测，除了反应完全之外也不依赖任何假设；这正是它在动手做电池之前就值得先算一遍的原因。
原理与公式
算式来自法拉第常数：1 mol 电子带 96485.33212 C，而 1 mAh = 3.6 C，所以 1 mol 电子等于 26801.48 mAh。再除以式单元的摩尔质量，结果就是 mAh/g。LiFePO4 的摩尔质量为 157.755 g/mol，取 n = 1 得 169.9 mAh/g。乘上平均电压得到比能量：169.9 mAh/g × 3.4 V = 578 Wh/kg，也就是文献里常说的约 580 Wh/kg（材料层级）。
演算示例
以 Si 取 n = 3.75 为例：3.75 × 26801.48 / 28.09 = 3578.6 mAh/g。同样这块硅若取 n = 1，会报出 954 mAh/g——一个看起来完全正常、实际完全错误的数。石墨按惯例写成 C6、取 n = 1：26801.48 / 72.07 = 371.9 mAh/g。同一个公式，差别只在终点相怎么取。
适用场景
筛选新活性材料、在复现之前复核论文里的容量声称、以及在克容量与涂布线真能做到的面载量之间换算，都用得上。它还能一次性解决理论与实用的争论：LiFePO4 电芯实测 140 mAh/g，是 169.9 的 82%，缺的那 18% 不是化学问题，而是非活性物质、首圈损失与极化。
常见问题
- 同一种材料的理论比容量为什么会不一样？
- 因为每式单元的电子数是一个选择，而不是一个常数。把硅写成一个原子、取 n = 1，得到 954 mAh/g；而到处被引用的 3579 mAh/g 对应 n = 3.75，也就是完全锂化的 Li15Si4。石墨有同样的陷阱：按惯例写成 C6、取 n = 1 得 372 mAh/g；若写成 C、取 n = 1 会得到 2232 mAh/g（每个碳存一个锂），而这件事从来不会发生。
- 理论比容量和电芯实际放出的容量差在哪里？
- 理论比容量假设每一个原子都参与反应，而且电极里没有别的东西。真实电芯里有粘结剂、导电剂、集流体与隔膜，而且是在电压区间内工作，而不是反应到底。LiFePO4 是最清楚的例子：理论 169.9 mAh/g，材料层级实际约 160 mAh/g，把非活性物质都算上、到电芯层级只剩约 140 mAh/g。嵌入型材料的实测值通常落在理论的 70% 到 90%；转化型与合金型差距大得多，因为首圈会不可逆地消耗锂。
- 为什么比能量 Wh/kg 就等于比容量 mAh/g 乘以电压？
- 因为单位本身就是这么搭起来的。1 mAh 在 1 V 下等于 3.6 C 乘 1 V，即 3.6 J；而每克 3.6 J 正好就是 1 Wh/kg。所以这个乘法不需要任何换算系数。LiFePO4 取 169.9 mAh/g、3.4 V，材料层级得到 578 Wh/kg。电芯层级的能量密度低得多，通常在 120 到 160 Wh/kg，原因就是那些不承载电荷的非活性质量。
- 混合材料或掺杂材料能用这个工具吗？
- 不能直接用，因为除法要有意义，式单元就必须是明确写出来的。混合体系可以解析地合成：混合物的比容量是质量加权的调和平均，而不是算术平均，两种组分容量为 C1、C2、质量分数为 w1、w2 时，混合容量为 1 / (w1/C1 + w2/C2)。若只是百分之几的掺杂，通常直接忽略掺杂、只算主体材料既够准也省事。