電池技術(shù)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(guān)重要。

所以這個(gè)問(wèn)題可以理解為:為何提高電流電池的能量密度很困難?

簡(jiǎn)單的答案是:電池背面的化學(xué)物質(zhì)束縛了電池的能量密度。

電池技術(shù)太弱?是什么限制了電池容量?

從wiki復(fù)制的各種能量載體的能量密度如上圖所示。

我們的手機(jī)、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(jù)估計(jì)，找到后一般人會(huì)有以下想法:

1)電池技術(shù)太弱

2)電池技術(shù)前景廣闊

個(gè)體間的化學(xué)反應(yīng)更好，也更一致

燃料動(dòng)力電池技術(shù)將是未來(lái)的明星。

我的想法是:這些都是幻覺(jué)，幻覺(jué)。

一:電池和燃料的化學(xué)反應(yīng)

先做一點(diǎn)智力上的回憶(也許是普遍的)。

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

復(fù)蘇的氧化

電池技術(shù)太弱?是什么限制了電池容量?

氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是電子從還原劑向氧化劑的轉(zhuǎn)移。我們感覺(jué)像電池嗎?電池負(fù)極恢復(fù)劑，正極氧化劑(不是很準(zhǔn)確)。電子通過(guò)外部電路從負(fù)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(lái)源，我們可以通過(guò)電子的密度來(lái)估計(jì)能量密度。這里我們假設(shè)電子能做的功是一致的(這顯然不是真的，但實(shí)際上取決于氧化劑和恢復(fù)劑的類型)。但假如像對(duì)普通電池和燃料那樣進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)查，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這并不是重要因素。

能量載體的電子密度，用體積來(lái)測(cè)量，重要取決于兩個(gè)因素;按重量計(jì)算，只有一個(gè)。

1.體積計(jì)算:能量載體的物質(zhì)密度。固體>液體>>>>>氣體。說(shuō)得好。

2.能量載體的電子傳遞比。假設(shè)我忘記了化學(xué)，這有點(diǎn)難理解;假設(shè)我還有一些印象，這是件好事。原子內(nèi)層的電子不參與化學(xué)反應(yīng)，也不自然地轉(zhuǎn)移。電子轉(zhuǎn)移比是參與反應(yīng)的電子數(shù)與分子中電子總數(shù)的比率。一般來(lái)說(shuō)，恢復(fù)系的外層電子數(shù)并不多，但內(nèi)層電子數(shù)隨原子數(shù)的新增而新增。更重要的是，質(zhì)子和中子是在加入原子序數(shù)時(shí)加入的，它們都是質(zhì)量的重要來(lái)源。

以下是一些例子:

1)h2-2e=2H+氫只要一個(gè)電子參與反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移率為100%

2)Li-e=Li+Li+鋰一個(gè)原子有三個(gè)電子，反應(yīng)只要其中一個(gè)，電子轉(zhuǎn)移率為1/3=33%

3)Zn-2e=Zn(2+)鋅原子有30個(gè)電子，只有2個(gè)參與反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移率為2/30=6.7%

由于我前面提到的原因，大多數(shù)物質(zhì)的電子轉(zhuǎn)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(gè)元素，氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖。同時(shí)，氦和氖是惰性氣體。氧和氟都是氧化劑。氮在大多數(shù)情況下是準(zhǔn)惰性氣體，所以我們說(shuō)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(jìn)一步，假設(shè)我們把一個(gè)原子作為電池的負(fù)極。半電池的能量密度(質(zhì)量單位)可以用電子轉(zhuǎn)移和原子量來(lái)估計(jì)。因此，上述比例將更加不均衡。氫也被用作基準(zhǔn):

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