En quoi consiste exactement la limitation de la capacité de la batterie? Pour ce problème, nous pouvons voir ceci: capacité de la batterie = densité d'énergie x volume de la batterie. La taille de la batterie veut naturellement faire sur comment faire, la densité d'énergie est la clé.Alors la question peut être comprise comme: la densité d'énergie actuelle de la batterie pourquoi il est difficile d'améliorer? La réponse simple à la phrase est que la chimie derrière la batterie limite la densité d'énergie de la batterie. La densité d'énergie des divers vecteurs d'énergie reproduite à partir du wiki. Notre téléphone portable, tablette, ordinateur portable, montre et piles Tesla bien connues sont utilisés dans le coin inférieur gauche de la batterie lithium-ion. Et puis, cherchez l’essence, le diesel, le butane, le propane et le gaz naturel. On estime que la plupart des gens trouveront les idées suivantes: 1) La technologie de la batterie est trop faible2) Une technologie de batterie prometteuse Certaines des meilleures personnes y réfléchissent3) La technologie de la pile à combustible sera la star de demain.Mon idée: les hallucinations, hallucinations.One .la batterie avec le carburant derrière la chimie simpleFaites un peu de connaissance de la revue (ou populaire). La plupart des carburants et des batteries que nous avons vus dans notre vie, tels les vecteurs d’énergie, sont principalement liés aux réactions chimiques d’oxydoréduction. Les vecteurs énergétiques sont impliqués dans la transformation de processus chimiques spécifiques, mais peuvent toujours être résumés en une réaction redox.RedoxL'essence de la réaction redox consiste à transférer des électrons de l'agent réducteur à l'oxydant. Vous sentez-vous comme une batterie? L'électrode négative de la batterie est un agent réducteur et l'électrode positive est un agent oxydant (pas particulièrement précis). Les électrons du négatif en passant par le circuit externe jusqu’à la cathode, puis effectuent le travail en passant: ampoules, véhicules, support, téléphones portables et ordinateurs. Étant donné que les électrons sont la source d’énergie, nous pouvons ensuite estimer la densité de densité d'électrons. Ici, nous supposons que la puissance que les électrons peuvent produire est cohérente (ceci est clairement faux, cela dépend en fait du type d'oxydant et d'agent réducteur, mais s'il est soigneusement examiné, ce n'est pas le facteur principal pour la pile et le combustible communs). La densité électronique du porteur d’énergie, dépendant du calcul du volume, dépend principalement de deux facteurs: 1. La densité volumique du porteur d'énergie. Solide> liquide >>>>> gaz. C'est une bonne compréhension.2. Le rapport de transfert d'électrons du porteur d'énergie. Si la chimie oublie, c'est très difficile à comprendre. s'il y a des impressions, c'est aussi une bonne compréhension. Les électrons internes des atomes ne participent pas à la réaction chimique et, naturellement, ils ne seront pas transférés. Seule la couche externe transférera le travail. Le rapport de transfert d'électrons est le rapport entre le nombre d'électrons impliqués dans la réaction et le nombre total de molécules. En général, le nombre d'électrons externes de l'agent réducteur n'est pas tellement important, mais le nombre de couches internes augmente avec le nombre d'atomes. Plus important encore, le nombre d'atomes augmente après l'augmentation du proton et des neutrons, et les deux sont la source principale de qualité. Donnez quelques exemples: 1) H2-2e = 2H + atomes d'hydrogène seulement un électron, tous impliqués dans la réaction, le taux de transfert des électrons est de 100% 2) Li-e = Li + L'atome de lithium a trois électrons, un seul participe à la réaction, le taux de transfert des électrons est de 1/3 = 33% 3) Zn-2e = Zn2 + Zn avoir trente électrons, deux seulement impliqués dans la réaction, le taux de transfert d'électrons est de 2/30 = 6,7% Pour la plupart des substances, la proportion de transfert d'électrons est très faible, pour les raisons évoquées précédemment. On peut constater que seuls les atomes légers dans les deux premières lignes du tableau périodique sont susceptibles d’être de bons vecteurs d’énergie. Les deux premiers éléments de seulement 10, hydrogène hélium lithium béryllium bore, oxynitrure de carbone. Quels hélium et néon sont des gaz inertes, exclusion. L'oxygène et le fluor sont des agents oxydants. L'azote est dans la plupart des cas un gaz quasi inerte, sinon un gaz inerte ou un poison, ni un fumeur, ni un fumeur, exclu. Nous avons laissé cinq éléments, l'hydrogène (100%), le carbone (66%), le bore (60%), le béryllium (50%), le lithium (33%), puis si nous mettons un atome comme pôle négatif de la batterie. Ensuite, la densité d'énergie (unité de masse) de la demi-cellule peut être estimée par le nombre d'électrons transférés et le poids atomique. Depuis lors, le ratio ci-dessus sera plus disparate. Prenez également l’hydrogène comme référence: Carbone (4 / 12,33%) Bore (3 / 10,8,28%) Béryllium (2 / 9,22%) Lithium (1/7,14%) Il est facile de constater que le Le carbone et l'hydrogène, ainsi que les hydrocarbures, qui sont en fait l'essence commune, les carburants diesel et les autres carburants, sont les deux éléments qui conviennent le mieux au vecteur énergétique. La sélection de ces véhicules à haute énergie en tant que source d’énergie constitue déjà une meilleure solution dans la nature. Une batterie avec une variété d’hydrocarbures comparée à peut être considérée comme intrinsèquement inadéquate. Deux: l’un des gros problèmes de la batterie, éteindre l’électrolytePour l’explication ci-dessus, nous pouvons savoir que la batterie est difficile à dépasser la densité de carburant la densité d'énergie, mais il semble être capable d'atteindre la moitié du niveau de carburant à 1/4. Cependant, en réalité, la densité énergétique de la batterie est souvent inférieure à 1% du carburant. Comparaison de la densité énergétique: essence 46,4 MJ / Kg, lithium 43,1 MJ / Kg, batterie au lithium (ne peut pas charger) 1,8 MJ / Kg, batterie au lithium ionique 0,36 ~ 0,875MJ / KgEn fait, la densité énergétique de l'essence et le lithium vraiment beaucoup moins. La raison principale en est que le travail de transfert d'électrons carbone-oxygène n'est pas assez important (la liaison covalente peut être différente) mais d'une batterie lithium à lithium. Et puis à la batterie lithium-ion, ce qui s'est passé au milieu de quoi? La raison est évidente. La batterie au lithium ou au lithium-ion qui se trouve à l’intérieur n’est pas uniquement constituée de métal au lithium, il existe d’autres importations parallèles. Http://www.ponytest.com/document/battery.pdfM = 0.3 * Ah. Avec des mots, la capacité de la batterie (sécurité) multipliée par 30% peut calculer la teneur en lithium de la batterie (g) Pour la célèbre batterie 18650 (Notebook de téléphone portable, Tesla), son poids dans les 42g ou plus, la capacité nominale de 2200mAh environ, donc sa teneur en lithium de 2200/1000 * 0,3 = 0,66g correspond à environ 1,5% du poids total.Alors ah! Alors que nous ne pouvons améliorer que le contenu en lithium de la batterie, nous pouvons améliorer la densité d'énergie! TheReally Assez simple. Nous examinons d’abord la pile au lithium en plus du lithium et ce que dit Han.N’y allez pas! Le je ne peux pas comprendre que vous pouvez l'écouter. En général, les quatre composants de la batterie sont critiques: le positif (la décharge est la cathode), le négatif (la décharge est l'anode), l'électrolyte, le diaphragme. Positif et négatif est l'endroit où la réaction chimique se produit, la position importante peut être comprise. Mais à quoi servent les électrolytes? Le ne pas travailler est toujours très lourd. Regardez ensuite la carte. La figure montre la charge de la batterie et le processus de décharge est très bon. Ici, la première dit seule décharge: les pertes internes de lithium métallique de la batterie dans les électrons négatifs sont oxydées pour devenir des ions lithium, à travers l'électrolyte jusqu'au transfert positif; matériau de cathode à être électrons sont réduits, était la neutralisation positive ion lithium. Le rôle idéal de l'électrolyte est de transporter et de transporter uniquement des ions lithium. En dehors de la batterie, les électrons du négatif par le circuit externe au transfert positif, en cours de travail. Idéalement, l'électrolyte devrait être un bon vecteur pour les ions lithium, mais pas un bon vecteur pour les électrons. Par conséquent, en l'absence de circuits externes, l'électronique ne peut pas être transférée du négatif situé à l'intérieur de la batterie à la cathode; seule l’existence de circuits externes, le transfert électronique peut être réalisée. »Vous ne dites pas que« les vecteurs énergétiques sont impliqués dans le processus de modification du processus chimique spécifique, mais se résument toujours à une réaction rédox. "" L'essence de la réaction d'oxydo-réduction est le transfert d'électrons de l'agent réducteur à l'oxydant, "la voiture à essence ne possède pas d'électrolyte. Mais il existe une combustion électronique de l'essence qui la brûle, vous ne pouvez pas l'alimenter? Oui, elle brûle doit impliquer le transfert d'électrons, alors le transfert d'électrons en combustion et le transfert électronique de la batterie est fondamentalement différent où? Le transfert des électrons brûlants est complètement désordonné dans la catégorie microscopique. Nous ne pouvons pas prédire où les molécules de carburant et d'oxygène se déplaceront dans la direction du prochain moment, nous ne savons pas que le carburant dans la direction des électrons sera transféré à quelles molécules d'oxygène. Le mouvement aléatoire des molécules de 10 × 20-23 fois avec le transfert aléatoire de plus d'électrons conduit au résultat d'une libération d'énergie désordonnée, ou simplement dite exothermique. La batterie est meilleure que le point de vue. Nous ne connaissons toujours pas le mouvement de chaque molécule dans la trajectoire de la batterie, mais nous pouvons au moins le savoir: le lithium métallique perdra seulement la surface du matériau anodique pour devenir des ions lithium; les ions lithium du départ négatif et atteignent finalement la cathode. Les électrons ne se déplacent que de la surface du matériau de l'anode vers le potentiel positif du potentiel haut. 10 ^ 20-23 fois les électrons du co-mouvement, dans la macro nous l'appelons le courant.Sumez-le Pour décharger, afin de commander le transfert électronique, la batterie ne devait porter aucune énergie mais électrolyte essentiel et une variété de matériaux auxiliaires, afin de réduire davantage leur densité d'énergie.Est-ce fini? Honnêtement, cette partie n'est qu'un trottoir.Trois: la batterie du gros problème, le matériau de surface négatifBon tout le monde, je suis de retour.Si vous pouvez insister pour lire chaque ligne a été lue ici, félicitations, votre compréhension de la batterie a été sur un niveau.Maintenant, examinez le contenu de la section précédente. Quoi? Le tout oublié? Le pas un mot? La densité d'énergie des cellules est diluée en raison de l'absence de travail, mais d'électrolytes essentiels et de la présence d'autres matériaux auxiliaires. Combien de ces poids supplémentaires existent-ils finalement? Le poids de l'électrolyte représente généralement 15% du poids total de la batterie (le lien ne peut pas être trouvé). Il est estimé que la coquille, les électrodes externes et les autres matériaux auxiliaires sont comptés, le poids total ne devant pas dépasser 50% du poids total de la batterie. Pas ah, bien que la batterie soit mélangée à de "l'eau", mais également à une quantité d'eau non équivalente. ah La densité énergétique de la batterie lithium-ion du marché est également d'environ 1% de lithium. Qu'est-il arrivé à ça? Pourquoi cette phrase est si familier? Buvez plus d'orange fraîche, regardons la réaction électrochimique oxyde de cobalt au lithium (Tesla Roadster) la plus courante.En fait, seule une partie du transfert de lithium et de cobalt, d'autres éléments ne sont pas impliqués dans l'électron Ensuite, nous effectuons un petit calcul: une masse atomique de lithium élémentaire de 6,9 peut contribuer à une participation électronique au transfert électronique. L'oxydant provient de l'air et n'a pas besoin d'être pris en compte. Le poids moléculaire total des réactifs mis en réaction avec la pile à l'oxyde de lithium et de cobalt était de 98 + 72 = 170, mais seulement la moitié des électrons étaient impliqués dans le transfert d'électrons. Parce que seulement une partie des atomes de lithium réagira.Si nous pensons que le travail des deux électrons est le même, alors vous pouvez estimer la densité énergétique de ces deux porteurs d'énergie. Densité énergétique de la batterie: Densité énergétique du carburant = (0.5 / 170 ) / (1 / 6.9) = 2,03% La batterie est complète.Etant donné que la batterie pèse moitié moins que le matériau auxiliaire, je ne l’ai pas compté. Donc, faire un rabais. Le 1% restant. La densité d'énergie est ainsi devenue: batterie lithium-ion 43,1 MJ / Kg 0,36 ~ 0,875 MJ / KgHa ha ha ha ha ha ha…… vous suivez aussi? Les quatre opérations plus simples ah. Maintenant savoir ce qui s'est passé, non? Comprenez-vous maintenant pourquoi j'ai dit: La chimie derrière la batterie limite la densité d'énergie de la batterie. Nous posons ensuite la question suivante: pourquoi la réaction chimique de la batterie est-elle si compliquée, réduisant directement la densité d'énergie de la batterie? être plus complexe, on estime que la plupart des gens n’ont pas la patience de lire. Donc, donnez une réponse simple: Pour un bon ordre. Eh bien, pas de patience, vous pouvez partir. Ce qui suit est vraiment long, ne peut pas lire la personne moyenne. Commencez avant la publication de l'image: Le reste des étudiants, n'est-ce pas que la carte est très familier? En fait, le diagramme de la batterie au lithium, mais cette fois en raison de la structure superficielle de l'anode cathodique, est affiché. Pensez-vous qu'ils sont très nettes règles ah? Les règles TheNeat changent l'ordre, dans l'ordre. Pourquoi faut-il commander le pôle positif de la structure de la surface? Parce qu'il est nécessaire de s'assurer que la réaction d'oxydo-réduction ne se produit qu'à la surface des électrodes positives et négatives pendant la charge / décharge, de sorte qu'il y ait du courant.Nous regardons le graphite (C6) où le négatif.La tâche du pôle négatif est très simple, faire en sorte que la décharge des atomes de lithium (pas des ions) soit perdue dans la surface négative des électrons, en les chargeant puis en les récupérant. En raison de la faible tension anodique au moment de la charge, les ions lithium chargés positivement se déplacent spontanément vers l'électrode négative, et les électrons sont renvoyés en atomes de lithium.Il semble qu'il n'y ait pas de graphite, ah? TheSi c'est une batterie à usage unique, vous n'avez pas besoin de graphite. Mais si la batterie est chargée et déchargée, le matériau de surface de l'anode n'est pas du graphite, ce sont d'autres substances. Ne vendez pas l'enfant, et bientôt à la fin Note de l'éditeur TheHills C'est beaucoup de réflexion. Lors du chargement, les ions lithium de la surface négative des électrons deviennent des atomes de lithium. et alors? Nous savons tous que tous les métaux sont de bons conducteurs électroniques, le lithium étant un métal, le lithium est donc un bon conducteur électronique. Ainsi, les premiers atomes de lithium négatifs deviennent des éléments de négatifs, puis reviennent aux ions de lithium négatifs ajoutés aux rangs de l'ancien lithium. Le TheSo que le cristal entièrement composé d'atomes de lithium est apparu. Ce processus, également appelé cristal. Il en résulte que le cristal de lithium va percer le diaphragme jusqu'au pôle positif, de sorte que le court-circuit de la batterie est abandonné.Pour la cristallisation de ce phénomène, nous pouvons le comprendre.Lors du processus de charge, nous contrôlons l'ion lithium qui est en réalité très faible . Nous pouvons seulement nous assurer que les ions lithium se déplacent vers la surface négative, mais nous ne pouvons pas garantir que les ions lithium seront répartis de manière égale dans la surface négative. Par conséquent, en l'absence de contraintes externes, le cristal de lithium sera chargé dans la surface négative de la croissance indéfinie, la formation de dendrites (cristal dendritique). Ainsi, il doit y avoir une contrainte. Creuser une fosse pour laisser les ions lithium à l'intérieur sauter. La performance spécifique de cette fosse est la surface cathodique du matériau en graphite. Comme le montre la figure ci-dessus, l’écart entre les couches de graphite est suffisamment grand pour contenir un seul atome de lithium, mais seulement un seul atome de lithium; et puis l'adsorption physique entre la couche de graphite et l'atome de lithium peut contenir les atomes de lithium. En l'absence de tension externe, elle peut également être à l'aise lorsque la surface négative.Ainsi, les atomes de lithium ne seront pas une croissance brutale. Mais la densité d'énergie n'est pas au rendez-vous. Quatre: le gros problème de la batterie trois, le matériau de surface positif, afin de permettre aux atomes de lithium d'être uniformément et uniformément répartis à la surface de l'électrode négative à chaque charge, à la surface de l'électrode négative nécessite une structure solidifiée pour contraindre (de manière ordonnée, réduire l’entropie) la distribution des atomes de lithium. Cette conception dilue la densité d'énergie de la batterie dans une large mesure. L'électrode positive pose le même problème. Afin de permettre aux ions lithium d'être uniformément et uniformément répartis sur la surface de l'électrode positive à chaque décharge, la surface de l'électrode positive nécessite une couche de structure solidifiée pour contraindre (de manière ordonnée, réduire l'entropie) la distribution des ions lithium. Cette conception dilue la densité d'énergie de la batterie dans une large mesure.Mais plus que celaC'est la charge de matériau de la cathode de la batterie et les changements de structure de décharge dans le diagramme. Où M représente un atome de métal et X représente un atome d'oxygène. La taille des différents atomes de cette figure ne prend pas au sérieux. Les ions lithium sont beaucoup plus petits que les deux autres. Nous pouvons voir que MX2 se trouve dans le substrat positif lors de la formation de plusieurs couches de structure très structurée (très ordonnée), la décharge, les électrons dans l’agrégation positive (positive), les ions lithium au positif, entremêlé dans la structure MX2 de l’intervalle, distribution ainsi ordonnée dans la surface positive. Les ions métalliques dans MX2 sont réduits électroniquement, agissant ainsi en tant qu'agent oxydant.Une fois que cette structure s'est effondrée, il est impossible de répondre à cette question.Comment faire? Il suffit d’arrêter Set dans la cathode de la batterie, c’est-à-dire que la surface positive doit conserver une certaine quantité d’ions lithium pour maintenir l’intégrité de la structure. Cette quantité, généralement 50%. C’est pourquoi la réaction précédente aura une quantité inconnue de x. Même à l'état complètement chargé, il reste près de la moitié de l'ion lithium à rester dans la surface positive. Donc, la densité d'énergie est plus faible.Off-topic: C'est pourquoi la batterie au lithium craint une charge excessive, une fois surchargée, la cathode de la batterie lithium-ion, et ce tas de bois va s'effondrer.Cin: le gros problème de la batterie quatre, du choix des matériaux sur le support étiré, et d’autres, j’assume que les gens ici sont pleinement conscients des restrictions imposées à la conception de la batterie rechargeable. Pour un transfert ordonné des électrons, afin de bien ordonner la distribution des ions lithium et des atomes de lithium, les batteries ont besoin d'électrolytes et de divers matériaux auxiliaires, ainsi que de la nécessité d'une structure régulière à la surface de l'anode cathodique, au détriment de la densité d'énergie. Revenons maintenant à mon argument: 1) la technologie de la batterie est trop faible: quelle ingéniosité de ces conceptions, évidemment l’aboutissement de la sagesse humaine.2) une technologie de la batterie prometteuse: pour l’avenir, nous devons adopter une attitude réaliste. La technologie de batterie a été développée pour plus de 100 ans, a longtemps été la période d'épidémie; Soutenir le développement de la technologie des batteries pour la théorie de la physique et de la chimie, leur grand développement de la grande avancée de la Seconde Guerre mondiale est terminé. La future technologie de batterie envisageable doit reposer sur l’évolution actuelle de la batterie. Dans le domaine de l’utilisation civile, la densité énergétique de la batterie est l’un des problèmes les plus gênants, mais c’est le problème le plus difficile à résoudre. La densité d'énergie passée de la batterie a pu continuer à s'améliorer, car les scientifiques recherchaient des éléments de masse atomique inférieure, jouant le rôle d'agent oxydant, d'agent réducteur et de structure de support. Nous avons donc été témoin du plomb-acide au nickel-cadmium, du nickel-cadmium au nickel-hydrogène, du nickel-hydrogène au processus actuel de développement de batteries rechargeables lithium-ion, mais plus tard? Agent réducteur: je l'ai dit au début. Forte proportion de transfert d'électrons sur les éléments de quelques-uns: hydrogène, carbone, bore, béryllium, lithium. Ce qui convient comme agent réducteur de batterie rechargeable uniquement au lithium. L'hydrogène, le carbone n'apparaît que dans la pile à combustible. Le bore, le béryllium n’est pas l’orientation principale de la recherche, je ne sais pas pourquoi. OSxidant: Si vous n’utilisez pas de métal de transition, vous avez le choix entre la deuxième ligne de la troisième ligne des éléments du groupe principal. L'halogène ne suffit pas, puis l'oxygène et le soufre restants. La réalité est que les batteries lithium-air (oxyde de lithium) et les batteries lithium-soufre ont beaucoup à étudier, mais les progrès ne sont pas optimistes. Pourquoi? Parce que la structure de la surface de la batterie est un gros problème. Les nanotechnologies font-elles maintenant beaucoup de progrès? Les scientifiques seront certainement en mesure d'utiliser une variété de nanofils de nanotubes de nanosphères. Le nano-bol de graphène a conçu une structure de surface fine et ordonnée. Ces laboratoires seront séparés les uns des autres et publieront quelques grandes nouvelles ah. Mais il y a deux problèmes, voudrez peut-être y penser.1) le graphite a toujours été le choix du matériau d'anode de la batterie au lithium, en fait, si seulement considérer l'énergie densité, l’étain métallique est plus approprié comme matériau négatif. Mais jusqu'à présent, Sony a également lancé une batterie à électrodes en étain (Sony Nexx 14430W1). ) Cependant, pour des raisons de densité de compactage et d’utilisation de ces matériaux, la capacité de la batterie n’est pas équivalente à celle d’une batterie au cobalt-lithium. Pourquoi les gens étudient-ils durement? le
Source: Meeyou Carbide

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