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究竟是什么限制了電池容量?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年12月18日  

電池技術太弱?什么限制了電池容量?


我們可以這樣看:電池容量=能量密度X電池體積。電池容量自然要怎么做怎么做,能量密度至關重要。


所以這個問題可以理解為:為何提高電流電池的能量密度很困難?


簡單的答案是:電池背面的化學物質束縛了電池的能量密度。


電池技術太弱?是什么限制了電池容量?


從wiki復制的各種能量載體的能量密度如上圖所示。


我們的手機、平板電腦、筆記本電腦、手表以及著名的特斯拉所用的電池都是左下角的鋰離子電池


然后尋找汽油,柴油,丁烷,丙烷,天然氣。


據估計,找到后一般人會有以下想法:


1)電池技術太弱


2)電池技術前景廣闊


個體間的化學反應更好,也更一致


燃料動力電池技術將是未來的明星。


我的想法是:這些都是幻覺,幻覺。


一:電池和燃料的化學反應


先做一點智力上的回憶(也許是普遍的)。


我們今天看到的大多數燃料和電池能量載體,首先涉及到化學,最重要的是氧化還原反應。能量載體所接觸的詳細的化學過程各不相同,但總是可以概括為氧化還原反應。


復蘇的氧化


電池技術太弱?是什么限制了電池容量?


氧化還原反應的實質是電子從還原劑向氧化劑的轉移。我們感覺像電池嗎?電池負極恢復劑,正極氧化劑(不是很準確)。電子通過外部電路從負極流向正極,然后做一些事情:燈泡、汽車、電話和電腦。


由于電子是能量的來源,我們可以通過電子的密度來估計能量密度。這里我們假設電子能做的功是一致的(這顯然不是真的,但實際上取決于氧化劑和恢復劑的類型)。但假如像對普通電池和燃料那樣進行仔細的調查,就會發現這并不是重要因素。


能量載體的電子密度,用體積來測量,重要取決于兩個因素;按重量計算,只有一個。


1.體積計算:能量載體的物質密度。固體>液體>>>>>氣體。說得好。


2.能量載體的電子傳遞比。假設我忘記了化學,這有點難理解;假設我還有一些印象,這是件好事。原子內層的電子不參與化學反應,也不自然地轉移。電子轉移比是參與反應的電子數與分子中電子總數的比率。一般來說,恢復系的外層電子數并不多,但內層電子數隨原子數的新增而新增。更重要的是,質子和中子是在加入原子序數時加入的,它們都是質量的重要來源。


以下是一些例子:


1)h2-2e=2H+氫只要一個電子參與反應,電子轉移率為100%


2)Li-e=Li+Li+鋰一個原子有三個電子,反應只要其中一個,電子轉移率為1/3=33%


3)Zn-2e=Zn(2+)鋅原子有30個電子,只有2個參與反應,電子轉移率為2/30=6.7%


由于我前面提到的原因,大多數物質的電子轉移率都很低。所以只有元素周期表前兩行的輕原子才有可能成為好的能量載體。你只要前兩排的10個元素,氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖。同時,氦和氖是惰性氣體。氧和氟都是氧化劑。氮在大多數情況下是準惰性氣體,所以我們說它不是惰性氣體,它要么毒害人要么使人窒息,然后把人掃走。剩下五種元素,氫(100%),碳(66%),硼(60%),鈹(50%),鋰(33%)。


進一步,假設我們把一個原子作為電池的負極。半電池的能量密度(質量單位)可以用電子轉移和原子量來估計。因此,上述比例將更加不均衡。氫也被用作基準:


碳(4/1233%)硼(3/10.828%)鈹(2/922%)鋰(1/714%)


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