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什么限制了电池的能量密度(一)

返回列表 来源: 发布日期: 2020.09.07

什么限制了电池的能量密度(一)


电池的容量=能量密度X电池体积。在电池体积固定的情况下,能量密度是关键。我们从以下几个点来阐述。

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一:电池与燃料背后的简单化学

我们生活中所见到的绝大部分燃料与电池,这类能量载体,涉及到化学主要是氧化还原反应。和电池相似,电池的负极作还原剂,正极作氧化剂。电子从负极经过外部电路流至正极,然后做功:点亮灯泡,驱动车辆,支撑手机与电脑等。

既然电子是能量的来源,那么我们就可以通过电子的密度来估计能量密度了。能量载体的电子密度,在按体积计算情况下,主要取决于两个因素;按照重量计算,就一个。

1. 按体积计算:能量载体的物质密度。固体>液体>>>>>气体。

2. 能量载体的电子转移比例。电子转移比例是指参与反应的电子数与分子 总电子数的比例。通常而言,还原剂的外层电子数不会太多,但内层电子数可是随着原子数增大而增大的。更要紧的是,原子数增加后质子与中子都在增加,而这两者都是质量的主要来源。

举几个例子:

1)H2-2e=2H+ 氢原子只有一个电子,全参与反应了, 电子转移比是100%

2)Li-e=Li+ 锂原子有三个电子,只有一个参与反应,电子转移比是1/3=33%

对于大多数物质,电子转移比例都很低,原因前面提到过。由此可见只有在元素周期表的前两行的轻原子有可能成为好的能量载体。最适合担任能量载体的两种元素分别是碳和氢,碳氢化合物,实际上就是我们生活中常见的汽油柴油煤油天然气等燃料。汽车选择这些高能量载体作为能量来源,已经是自然中的较优解了。电池跟各种碳氢化合物相比,可以说是天生不足。


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