究竟是什么限制了电池容量?对于这个问题,我们可以看到:电池容量=能量密度x电池容量。电池尺寸自然要做怎么办,能量密度是关键。所以问题可以理解为:电池的电流能量密度为何难以提高?这句话的简单答案是电池背后的化学成分限制了电池的能量密度。各种能量载体的能量密度从wiki再现。我们的手机,平板电脑,笔记本电脑,手表和着名的特斯拉电池用于锂离子电池的左下角。然后请寻找汽油,柴油,丁烷,丙烷,天然气的位置。据估计,大多数人会发现以下想法:1)电池技术太弱2)电池技术前景一些人更好的想法3)燃料电池技术将成为明天的明星。我的想法:以上是幻觉,幻觉。一个简单化学背后的燃料电池有点了解(或流行)。我们生活中看到的大部分燃料和电池,这类能量载体,主要与化学氧化还原反应有关。能量载体参与特定化学过程的转化,但总能归纳为氧化还原反应.Redox氧化还原反应的本质是电子从还原剂转移到氧化剂。你觉得自己像电池吗?电池的负极是还原剂,正极是氧化剂(不是特别准确)。电子从负极通过外部电路到阴极,然后通过以下方式完成工作:灯泡,驱动车辆,支持手机和电脑。既然电子是能量的来源,那么我们就可以估算能量密度了。电子密度。在这里我们假设电子可以做的功率是一致的(这显然是错误的,实际上取决于氧化剂和还原剂的类型,但如果仔细检查,对于普通电池和燃料,这不是主要因素)根据体积计算,能量载体的电子密度主要取决于两个因素:1。能量载体的体积密度。固体>液体>>>>>气体。这是一个很好的理解。能量载体的电子转移率。如果化学忘记了,这很难理解;如果有一些印象,这也是一个很好的理解。原子的内部电子不参与化学反应,自然它们不会被转移。只有外层才能转移工作。电子转移率是反应中涉及的电子数与分子总数之比。通常,还原剂的外电子数不是那么多,但是内层的数量随着原子数的增加而增加。更重要的是,质子和中子增加后原子数增加,两者都是质量的主要来源。给出几个例子:1)H2-2e = 2H +氢原子只有一个电子,都参与反应,电子转移率为100%2)Li-e = Li +锂原子有三个电子,只有一个参与反应,电子转移率为1/3 = 33%3)Zn-2e = Zn2 + Zn原子有三十个电子,只有两个参与反应,电子转移率是2/30 = 6.7%对于大多数物质来说,电子转移的比例很低,前面提到的原因。可以看出,只有元素周期表的前两行中的轻原子可能是良好的能量载流子。前两种元素仅为10,氢氦锂铍硼,碳氮氧化物。哪种氦和氖是惰性气体,排除。氧和氟是氧化剂。在大多数情况下,氮气是准惰性气体,如果不是惰性气体或有毒的人要么吸烟死亡,排除在外。我们留下五种元素,氢(100%),碳(66%),硼(60%),铍(50%),锂(33%)。此外,如果我们把原子作为电池的负极。然后,可以通过转移的电子数和原子量来估计半电池的能量密度(质量单位)。从那时起,上述比例将更加不同。同时以氢为基准:碳(4 / 12,33%)硼(3 / 10.8,28%)铍(2 / 9,22%)锂(1 / 7,14%)很容易发现最适合能量载体的两种元素是碳和氢,以及烃,它们实际上是普通的汽油和柴油燃料以及其他燃料。汽车选择这些高能载体作为能源,已经是一种更好的解决方案。与各种碳氢化合物相比的电池可以说本身就是不足。二:电池的大问题之一,熄灭电解液根据上面的解释,我们可以知道电池难以超过燃料密度能量密度,但它似乎能够达到一半的燃料水平到1/4水平。然而,实际上电池的能量密度通常小于燃料的1%。不要相信数据。能量密度比较:汽油46.4MJ / Kg,锂43.1MJ / Kg,锂电池(不能充电)1.8MJ / Kg,锂离子电池0.36~0.875MJ / Kg实际上,能量密度为汽油和锂的确少得多。主要原因是碳与氧的电子转移工作不够大(共价键可以不同)但从锂电池到锂电池。 The The然后到了锂离子电池,它发生在什么中间?原因很明显。里面的锂电池或锂离子电池不仅是金属锂,还有其他平行的进口。我找到了这样一个估算电池内锂含量的公式。 Http://www.ponytest.com/document/battery.pdfM = 0.3 *啊。用文字说,电池容量(安全性)乘以30%即可计算出电池的锂含量(g)对于着名的18650(手机笔记本特斯拉)电池来说,其重量在42g左右,额定容量为2200mAh左右,所以它的锂含量为2200/1000 * 0.3 = 0.66g,约占总重量的1.5%。所以啊!这样我们只能升级电池的锂含量才能提高能量密度!真的很简单。我们首先看一下锂电池除了锂电池和什么韩。不要去!我无法理解你能听到它。通常,电池的四个组件是关键的:正极(放电是阴极),负极(放电是阳极),电解质,隔膜。正面和负面是发生化学反应的地方,可以理解重要的位置。但是电解质的用途是什么?不工作仍然是非常沉重的重量。然后看看地图。图中显示的电池充放电过程非常好。这里首先说只有放电:电池内部,金属锂在负电子中的损失被氧化成锂离子,通过电解质向正转移;阴极材料被电子减少,被锂离子正中和。电解质的理想作用是仅运输和携带锂离子。电池外部,电子从负极通过外部电路向正向转移,中间做功。理想情况下,电解质应该是锂离子的良好载体,但它不能是良好的电子载体。因此,在没有外部电路的情况下,电子不能从电池内部的负极转移到阴极;只有外部电路的存在,才能进行电子转移。“你并不是说”能量载体参与了改变特定化学过程的过程,但总是归结为氧化还原反应。 “”氧化还原反应的本质是电子从还原剂转移到氧化剂,“汽油车没有电解液。但是有汽油的电子燃烧燃烧它,你不能给它供电吗?是的,燃烧必须涉及电子转移,那么燃烧电子转移和电池的电子转移在哪里根本不同?这是有序的吗?燃烧电子转移在微观范畴内是完全无序的。我们无法预测燃料和氧分子将在下一时刻的方向移动,我们不知道电子方向上的燃料会转移到哪个氧分子。随着更多电子的随机转移,分子的随机运动10×20-23倍导致无序释放能量的结果,或简单地说,放热。电池比观点更好。虽然我们仍然不知道每个分子在电池轨迹内的运动,但我们至少可以知道:金属锂只会失去阳极材料表面成为锂离子;锂离子从负起始,最终到达阴极。电子仅从阳极材料的表面向高电位的正电位移动。共同运动的电子的10 ^ 20-23倍,在宏观中我们称它为电流。它为了放电,为了命令电子转移,电池不得不携带能量而是必需的电解质和各种辅助材料,使其能量密度进一步降低。这样完成了吗?不,这个部分只是一个人行道。三:电池的大问题,负面材料你好大家好,我回来了。如果你能坚持阅读每一行已经在这里阅读,恭喜你,你对电池的理解已经上了一个级别。现在回顾上一节的内容。什么?全都忘了?不是一个字?由于缺乏工作但是必需的电解质和其他辅助材料的存在,细胞的能量密度被稀释。这些额外重量到底有多少?电解质的重量通常占电池总重量的15%(无法找到链路)。据估计,外壳,外部电极和其他辅助材料都算在内,总重量不应超过电池总重量的50%。不是啊,虽然电池混有'水',但也没有那么多水啊。市场上的锂离子电池能量密度也约为1%锂。发生了什么?为什么这句话如此熟悉?多喝新鲜的橙子,让我们来看看最常见的锂钴氧化物(Tesla Roadster)的电化学反应。实际上,只有一部分锂和钴的转移,其他元素都不参与电子然后我们做一个小的计算:元素锂原子量为6.9,可以促成电子参与电子转移。氧化剂来自空气,不需要考虑。与钴酸锂电池反应的反应物的总分子量为98 + 72 = 170,但只有一半的电子参与电子转移。因为只有部分锂原子会发生反应。如果我们认为两个电子的工作是相同的,那么你可以估计这两个能量载子的能量密度比。电池能量密度:燃料能量密度=(0.5 / 170 )/(1 / 6.9)= 2.03%电池完成。考虑到电池的重量是辅助材料的一半,我没有计算过。所以必须打折。剩下的1%。所以能量密度已经变得如此:锂电43.1MJ / Kg锂离子电池0.36~0.875MJ / KgHa哈哈哈哈哈哈......还能跟上吗?这四个操作比较简单啊。现在知道发生了什么,对吗?现在你明白为什么我说:电池背后的化学成分限制了电池的能量密度。接下来我们的问题是:为什么电池的化学反应如此复杂,直接降低了电池的能量密度。这个问题将会更复杂的是,估计大多数人都没有耐心阅读。所以给出一个简单的答案:对于有序。好吧,没有耐心,你可以去。以下是真的很长,看不懂普通人。在图片发布之前开始:其余的同学,是不是对地图非常熟悉?实际上,锂电池图,但这次是因为阴极阳极表面结构显示。你觉得他们的规则很整齐啊?整洁的规则有序地改变了秩序。为什么需要对表面结构的正极进行排序?因为有必要确保在充电/放电期间仅在正极和负极的表面发生氧化还原反应,所以有电流。我们看负极的石墨(C6)。负极的任务非常简单,确保锂原子(不是离子)的放电在电子的负面消失,然后将它们充电然后将其捕获。由于充电时阳极电压低,带正电的锂离子自发地向负极移动,电子返回到锂原子。似乎没有石墨的东西啊?如果它是一次性电池,不需要石墨。但如果是充电和放电的电池,阳极表面的材料不会是石墨会被其他物质。不要卖掉孩子,很快到底编辑的注意事项TheHills它的思路很多。充电时,电子负表面的锂离子成为锂原子。然后?我们都知道所有的金属都是好的电子导体,锂是金属,所以锂是一种很好的电子导体。因此首先将负锂原子变为负极的一部分,然后将负锂离子加回到前锂的行列。完全由锂原子组成的晶体出现的TheSo。这个过程又称水晶。结果是锂晶体将隔膜刺穿到正极,因此电池短路报废。对于这种现象的结晶,我们可以理解。在充电过程中,我们控制锂离子实际上很弱。我们只能确保锂离子会移动到负面,但我们无法保证锂离子会均匀地分布在负面。因此,在没有外界约束的情况下,锂晶体会在无限长的负表面带电,形成枝晶(树枝状晶体)。因此必须有一个约束。挖坑让锂离子内部跳跃。这个坑的具体表现是石墨材料的阴极表面。如上图所示,石墨层之间的间隙足够大以容纳单个锂原子,但只有一个锂原子;然后石墨层和锂原子之间的物理吸附可以保持锂原子,在没有外部电压的情况下也可以放松负面。因此,锂原子不会残留生长。但是能量密度不高。四:电池的大问题三,正面材料为了让锂原子在每次充电时均匀均匀地分布在负极表面,负极表面需要凝固的结构来约束(有序地,减少熵)锂原子的分布。这种设计在很大程度上稀释了电池的能量密度。正极实际上也存在同样的问题。为了使锂离子在每次放电时均匀且均匀地分布在正极的表面上,正极的表面需要一层凝固结构来约束(有序地,减少熵)锂离子的分布。这种设计在很大程度上稀释了电池的能量密度。但不仅如此,这是电池正极材料的充放电结构在图中的变化。其中M代表金属原子,X代表氧原子。这个数字的各种原子的大小并不重视。锂离子比其他两个小得多。我们可以看到MX2在正基板上形成了几层非常结构化(非常有序)的结构,放电,电子在正(正)聚集,锂离子移动向正,穿插进入MX2结构的间隙,从而有序分布在正面。 MX2中的金属离子被电子还原,从而起到氧化剂的作用。一旦这种结构崩溃,就不可能回复它。怎么办?就此而言,足以停止在电池阴极中设置,即正表面必须保持一定量的锂离子以维持结构的完整性。这个数量通常是50%。这就是为什么之前的反应会有一个未知数量的x。即使在完全充电状态下,也有近一半的锂离子留在正面。因此能量密度较低。关键词:这就是为什么锂电池不怕过充电,一旦过充电,锂离子电池的阴极运行,而这堆木材就会崩溃。五:大问题电池四,拉伸材料的选择,以及其他我认为这里的人充分意识到可充电电池的设计限制。为了有序地电子转移,为了有序地分配锂离子和锂原子,电池需要电解质和各种辅助材料,在阴极阳极表面上需要规则结构,这是以能量密度为代价的。现在回到我的论点:1)电池技术太弱:这些设计多么聪明,显然是人类智慧的顶点.2)电池技术前途:对于未来的前景,我们必须要有一个现实的态度。电池技术已经发展了100多年,长期以来一直是爆发期;为物理和化学理论支持电池技术的发展,他们在第二次世界大战中取得的重大突破的大发展已经结束。可预见的未来电池技术,必须立足于当前电池的发展。在民用领域,电池的能量密度是最棘手的问题之一,但却是最难解决的问题。过去的电池能量密度已经能够继续提高,因为科学家一直在寻找具有较小原子量的元素作为氧化剂,还原剂和支撑结构。因此我们目睹了从铅酸到镍镉,从镍镉到镍氢,从镍氢到现在的锂离子充电电池的开发过程,但后来呢?还原剂:我在开始时说过。在少数元素上的高比例电子转移:氢,碳,硼,铍,锂。哪种适合作为可充电电池还原剂的锂。氢,碳仅出现在燃料电池中。硼,铍不是主要的研究方向,我不知道为什么会这样。氧化剂:如果不使用过渡金属,那么选择的是主族元素第三行的第二行。卤素是不够的,然后剩余的氧和硫。现实情况是,锂空气电池(氧化锂)和锂硫电池有很多人要研究,但进展并不乐观。为什么?因为电池表面结构是一个大问题。纳米技术现在取得了很大进展吗?科学家们肯定能够使用各种纳米线纳米管纳米球纳米碗石墨烯设计出精细有序的表面结构。那些实验室将相互分开会释放几个大新闻啊。但有两个问题,不妨考虑一下.1)石墨一直是锂电池负极材料的选择,其实如果只考虑能量密度,则金属锡更适合作为负极材料。但到目前为止索尼推出的锡电极电池(Sony nexelion 14430W1)为何如此?2)除了钴酸锂外,目前其他锂电池正极材料也是三元化合物Li(NiCoMn)O2磷酸铁锂(LiFePO4) )但是,由于压实密度的原因,使用这些材料,电池的容量不如钴锂电池。为什么人们努力学习?该
资料来源:Meeyou Carbide

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