O que exatamente está limitando a capacidade da bateria? Para este problema, podemos ver o seguinte: capacidade da bateria = densidade de energia x volume da bateria. O tamanho da bateria naturalmente quer fazer sobre como fazer, a densidade de energia é a chave.Ent?o a quest?o pode ser entendida como: a densidade de energia atual da bateria por que é difícil melhorar? A resposta simples para a frase é que a química por trás da bateria limita a densidade de energia da bateria. A densidade de energia dos vários portadores de energia reproduzidos do wiki. s?o usados no canto inferior esquerdo da bateria de íons de lítio. E ent?o, por favor, procure por gasolina, diesel, butano, propano, posi??o de gás natural. Estima-se que a maioria das pessoas achará as seguintes ideias: 1) A tecnologia da bateria é muito fraca 2) A tecnologia da bateria é promissora Algumas das melhores pessoas pensam nisso 3) A tecnologia da célula de combustível será a estrela de amanh?. .a bateria com o combustível por trás da química simplesFa?a um pouco de conhecimento da revis?o (ou popular).A maioria dos combustíveis e baterias que vimos em nossas vidas, tais portadores de energia, est?o relacionados principalmente a rea??es químicas redox. Os transportadores de energia est?o envolvidos na transforma??o de processos químicos específicos, mas sempre podem ser resumidos em uma rea??o redox.RedoxA essência da rea??o redox é a transferência de elétrons do agente redutor para o oxidante. Você se sente como uma bateria? O eletrodo negativo da bateria é um agente redutor e o eletrodo positivo é um agente oxidante (n?o particularmente preciso). Elétrons do negativo através do circuito externo para o cátodo, e ent?o fazer o trabalho a propósito: lampadas, dirigir veículos, dar suporte a telefones celulares e computadores. densidade de elétrons. Aqui assumimos que a potência que os elétrons podem fazer é consistente (isso está claramente errado, na verdade depende do tipo de oxidante e agente redutor, mas se examinado cuidadosamente, para a bateria e o combustível comuns, esse n?o é o fator principal) .A densidade eletr?nica do portador de energia, dependendo do cálculo do volume, depende principalmente de dois fatores:1. A densidade de volume do transportador de energia. Sólido> líquido >>>>> gás. Este é um bom entendimento.2. A raz?o de transferência de elétrons do portador de energia. Se a química esquecer, isso é muito difícil de entender; se houver algumas impress?es, isso também é um bom entendimento. Os elétrons internos dos átomos n?o participam da rea??o química e, naturalmente, n?o ser?o transferidos. Apenas a camada externa transferirá o trabalho. A raz?o de transferência de elétrons é a raz?o entre o número de elétrons envolvidos na rea??o e o número total de moléculas. Em geral, o número de elétrons externos do agente redutor n?o é tanto, mas o número de camadas internas aumenta com o aumento do número de átomos. Mais importante, o número de átomos aumenta depois que o próton e os nêutrons aumentam, e ambos s?o a principal fonte de qualidade. Dê alguns exemplos: 1) H2-2e = 2H + átomos de hidrogênio apenas um elétron, todos envolvidos na rea??o, a raz?o de transferência de elétrons é 100%2) Li-e = Li + O átomo de lítio tem três elétrons, apenas um participa da rea??o, a raz?o de transferência de elétrons é 1/3 = 33%3) Zn-2e = Zn2 + átomos de Zn têm trinta elétrons, apenas dois envolvidos na rea??o, a raz?o de transferência de elétrons é 2/30 = 6,7%Para a maioria das substancias, a propor??o de transferência de elétrons é muito baixa, pelos motivos mencionados anteriormente. Pode-se ver que apenas os átomos leves nas duas primeiras linhas da tabela periódica provavelmente s?o bons portadores de energia. Os dois primeiros elementos de apenas 10, hidrogênio hélio lítio berílio boro, oxinitreto de carbono. Quais hélio e ne?nio s?o gases inertes, exclus?o. O oxigênio e o flúor s?o agentes oxidantes. O nitrogênio é, na maioria dos casos, gás quase inerte, se n?o for um gás inerte ou pessoas venenosas ou mortas defumadas, excluídas. Deixamos cinco elementos, hidrogênio (100%), carbono (66%), boro (60%), berílio (50%), lítio (33%). Além disso, se colocarmos um átomo como pólo negativo da bateria. Ent?o a densidade de energia (unidade de massa) da meia-célula pode ser estimada pelo número de elétrons transferidos e o peso at?mico. Desde ent?o, a propor??o acima será mais díspar. Tome também o hidrogênio como referência: Carbono (4 / 12.33%) Boro (3 / 10,8.28%) Berílio (2 / 9.22%) Lítio (1 / 7.14%) é fácil descobrir que os dois elementos mais adequados para os transportadores de energia s?o carbono e hidrogênio, e hidrocarbonetos, que s?o de fato a gasolina comum, o diesel e outros combustíveis. A sele??o de carros desses transportadores de alta energia como fonte de energia já é uma solu??o melhor na natureza. Bateria com uma variedade de hidrocarbonetos em compara??o com pode ser considerada inerentemente inadequada. Dois: um dos grandes problemas com a bateria, eliminar o eletrólitoDe acordo com a explica??o acima, podemos saber que a bateria é difícil de exceder a densidade do combustível em a densidade de energia, mas parece ser capaz de atingir metade do nível de combustível para 1/4 do nível. No entanto, na realidade, a densidade de energia da bateria é muitas vezes inferior a 1% do combustível. N?o acredite nos dados. Compara??o de densidade de energia: gasolina 46,4 MJ / Kg, lítio 43,1 MJ / Kg, bateria de lítio (n?o pode carregar) 1,8 MJ / Kg, bateria de íon de lítio 0,36 ~ 0,875 MJ / KgNa verdade, a densidade de energia de gasolina e lítio muito menos. A principal raz?o é que o trabalho de transferência de elétrons de carbono para oxigênio n?o é grande o suficiente (a liga??o covalente pode ser diferente), mas de lítio para bateria de lítio. O O O E depois para a bateria de i?es de lítio, que aconteceu no meio de quê? A raz?o é óbvia. Bateria de lítio ou íon de lítio dentro n?o é apenas lítio metálico, existem outras importa??es paralelas. Encontrei uma fórmula para estimar o conteúdo de lítio dentro da bateria. Http://www.ponytest.com/document/battery.pdfM = 0,3 * Ah. Com palavras, a capacidade da bateria (seguran?a) multiplicada por 30% pode calcular o conteúdo de lítio da bateria (g) ou assim, ent?o seu conteúdo de lítio de 2200/1000 * 0,3 = 0,66g é cerca de 1,5% do peso total. Ent?o ah! Para que possamos atualizar apenas o conteúdo de lítio da bateria pode melhorar a densidade de energia! TheReally t?o simples o suficiente. Nós primeiro olhamos para a bateria de lítio, além de lítio e o que Han.N?o vá! O eu n?o consigo entender você pode ouvi-lo. Em geral, os quatro componentes da bateria s?o críticos: o positivo (descarga é o cátodo), o negativo (a descarga é o anodo), o eletrólito, o diafragma. Positivo e negativo é o lugar onde a rea??o química ocorre, a posi??o importante pode ser entendida. Mas para que servem os eletrólitos? O N?o funciona ainda é muito pesado. Ent?o olhe para o mapa. A figura mostra que o processo de carga e descarga da bateria é muito bom. Aqui o primeiro disse apenas a descarga: a perda interna da bateria, metal lítio nos elétrons negativos s?o oxidados para se tornar íons de lítio, através do eletrólito para a transferência positiva; material catódico a ser elétrons s?o reduzidos, foi a neutraliza??o positiva de íons de lítio. O papel ideal do eletrólito é transportar e transportar apenas íons de lítio. Fora da bateria, os elétrons do negativo através do circuito externo para o positivo transferem, no meio do trabalho. Idealmente, o eletrólito deve ser um bom carreador para íons de lítio, mas n?o deve ser um bom carreador de elétrons. Portanto, na ausência de circuitos externos, o eletr?nico n?o pode ser transferido do negativo dentro da bateria para o cátodo; apenas a existência de circuitos externos, a transferência eletr?nica pode ser realizada. “Você n?o está dizendo que” os portadores de energia est?o envolvidos no processo de mudan?a do processo químico específico, mas sempre resumidos a uma rea??o redox. “” A essência da rea??o redox é a transferência de elétrons do agente redutor para o oxidante, “o carro a gasolina n?o possui um eletrólito O Mas há combust?o eletr?nica da gasolina queimando-o, você n?o pode alimentá-lo? Sim, queimando deve envolver a transferência de elétrons, ent?o a transferência de elétrons em chamas e a transferência eletr?nica da bateria s?o fundamentalmente diferentes onde? A transferência de elétrons em chamas é completamente desordenada na categoria microscópica. N?o podemos prever para onde o combustível e as moléculas de oxigênio se mover?o na dire??o do próximo momento, n?o sabemos qual o combustível na dire??o dos elétrons ser?o transferidos para quais moléculas de oxigênio. O movimento aleatório das moléculas de 10 × 20-23 vezes com a transferência aleatória de mais elétrons leva ao resultado de libera??o de energia desordenada, ou simplesmente exotérmica. A bateria é melhor do que o ponto de vista. Embora ainda n?o saibamos o movimento de cada molécula dentro da trajetória da bateria, podemos pelo menos saber: o lítio metálico só perderá a superfície do material do anodo para se tornar íons de lítio; íons de lítio do início negativo e, finalmente, atingem o cátodo. Os elétrons só se movem da superfície do material do anodo em dire??o ao potencial positivo do alto potencial. 10 ^ 20-23 vezes os elétrons do co-movimento, no macro chamamos de corrente. Resumindo Para descarregar, para ordenar a transferência eletr?nica, a bateria n?o tinha que transportar energia, mas eletrólito essencial e uma variedade de materiais auxiliares, reduzindo ainda mais sua densidade de energia. N?o. Honestamente, esta parte é apenas um pavimento. Três: a bateria do grande problema, o material da superfície negativaOlá a todos, estou de volta. Se você pode insistir em ler cada linha foi lida aqui, parabéns, sua compreens?o da bateria esteve em um nível. Agora revise o conteúdo da se??o anterior. O que? O Tudo esquecido? O Nem uma palavra? A densidade de energia das células é diluída devido à ausência de trabalho, mas eletrólitos essenciais e à presen?a de outros materiais auxiliares. Quanto desses pesos extras existem no final? O peso do eletrólito normalmente responde por 15% do peso total da bateria (o link n?o pode ser encontrado). Estima-se que a casca, eletrodos externos e outros materiais auxiliares sejam contados, o peso total n?o deve exceder 50% do peso total da bateria.N?o ah, embora a bateria misturada com 'água', mas também n?o tanta água ah . A densidade de energia da bateria de íons de lítio do mercado também é de cerca de 1% de lítio. O que aconteceu com aquilo? Por que esta frase é t?o familiar?Beba mais laranja fresca, vejamos a rea??o eletroquímica de óxido de cobalto de lítio (Tesla Roadster) mais comum. Na verdade, apenas uma parte da transferência de lítio e cobalto, outros elementos n?o est?o envolvidos na transfer.Em seguida, fazemos um pequeno cálculo: Peso at?mico de lítio elementar de 6,9, pode contribuir para uma participa??o eletr?nica na transferência eletr?nica. O oxidante vem do ar e n?o precisa ser considerado. O peso molecular total dos reagentes reagidos com a bateria de óxido de lítio cobalto foi de 98 + 72 = 170, mas apenas metade dos elétrons estava envolvida na transferência de elétrons. Porque apenas parte dos átomos de lítio irá reagir.Se pensarmos que o trabalho dos dois elétrons é o mesmo, ent?o você pode estimar a densidade de energia desses dois transportadores de energia.Densidade de energia da bateria: Densidade de energia do combustível = (0,5 /170 )/(1/6.9) = 2.03% A bateria está completa. Considerando que a bateria tem metade do peso do material auxiliar, n?o a contei. Ent?o tem que fazer um desconto. Os restantes 1%.Assim, a densidade de energia tornou-se assim: lítio 43,1 MJ / Kg bateria de i?es de lítio 0,36 ~ 0,875 MJ / KgHa ha ha ha ha ha ha … … também acompanhá-lo? As quatro opera??es mais simples ah. Agora sabe o que aconteceu, certo? Agora você entende por que eu disse: A química por trás da bateria limita a densidade de energia da bateria. Em seguida, nossa pergunta é: por que a rea??o química da bateria é t?o complicada, reduzindo diretamente a densidade de energia da bateria. ser mais complexo, estima-se que a maioria das pessoas n?o tem paciência para ler. Ent?o dê uma resposta simples: Para ordeiro. Bem, sem paciência, você pode ir. O seguinte é muito longo, n?o pode ler a pessoa média. Comece antes do lan?amento da imagem: O resto dos alunos, n?o é que o mapa está muito familiarizado? Na verdade, o diagrama da bateria de lítio, mas desta vez por causa da estrutura da superfície do anodo catódico s?o exibidos. Você acha que eles s?o regras muito elegantes ah? As regras puras mudam a ordem, ordenadamente. Por que o pólo positivo da estrutura da superfície precisa ser ordenado? Porque é necessário garantir que a rea??o redox ocorra apenas na superfície dos eletrodos positivos e negativos durante a carga/descarga, para que haja corrente. Olhamos para o grafite (C6) onde o negativo. A tarefa do pólo negativo é muito simples, para garantir que a descarga de átomos de lítio (n?o íons) seja perdida na superfície negativa dos elétrons, carregando-os e depois pegando-os de volta. Devido à baixa voltagem do anodo no momento do carregamento, os íons de lítio carregados positivamente se movem espontaneamente em dire??o ao eletrodo negativo, e os elétrons s?o devolvidos aos átomos de lítio. Parece que n?o há nada de grafite ah? OSe for uma bateria de uso único, n?o precisa de grafite. Mas se for carregar e descarregar a bateria, o material da superfície do anodo n?o é grafite, ser?o outras substancias. N?o venda a crian?a, e logo no final Nota do Editor TheHills é muita reflex?o. Ao carregar, os íons de lítio na superfície negativa dos elétrons se tornam átomos de lítio. e depois? Todos nós sabemos que todos os metais s?o bons condutores de elétrons, o lítio é metal, ent?o o lítio é um bom condutor eletr?nico. Assim, os primeiros átomos de lítio negativos tornam-se parte do negativo, depois voltam aos íons de lítio negativos adicionados às fileiras do antigo lítio. O The The Assim que o cristal consistindo inteiramente de átomos de lítio apareceu. Este processo, também conhecido como cristal. O resultado é que o cristal de lítio perfurará o diafragma até o polo positivo, de modo que o curto-circuito da bateria se desfa?a. Para a cristaliza??o desse fen?meno, podemos entender isso. . Podemos apenas garantir que os íons de lítio se movam para a superfície negativa, mas n?o podemos garantir que os íons de lítio sejam distribuídos uniformemente na superfície negativa. Portanto, na ausência de restri??es externas, o cristal de lítio será carregado na superfície negativa do crescimento indefinido, a forma??o de dendritos (cristal dendrítico). Portanto, deve haver uma restri??o. Para cavar um po?o para deixar os íons de lítio dentro saltarem. O desempenho específico deste po?o é a superfície do cátodo do material de grafite. Conforme mostrado na figura acima, o espa?o entre as camadas de grafite é grande o suficiente para acomodar um único átomo de lítio, mas apenas um único átomo de lítio; e, em seguida, a adsor??o física entre a camada de grafite e o átomo de lítio pode conter os átomos de lítio, na ausência de tens?o externa também pode ficar à vontade quando a superfície negativa. Assim, os átomos de lítio n?o ser?o um crescimento brutal. Mas a densidade de energia n?o está em alta. Quatro: o grande problema da bateria três, o material de superfície positivaPara permitir que os átomos de lítio sejam distribuídos uniforme e uniformemente na superfície do eletrodo negativo em cada carga, a superfície do eletrodo negativo requer uma estrutura solidificada para restringir (ordenadamente, reduzir a entropia) a distribui??o de átomos de lítio. Este design dilui a densidade de energia da bateria em grande medida. O eletrodo positivo na verdade tem o mesmo problema. Para permitir que os íons de lítio sejam distribuídos uniforme e uniformemente na superfície do eletrodo positivo em cada descarga, a superfície do eletrodo positivo precisa de uma camada de estrutura solidificada para restringir (ordenadamente, reduzir a entropia) a distribui??o de íons de lítio. Este design dilui a densidade de energia da bateria em grande medida. Mas mais do que isso Esta é a carga do material do cátodo da bateria e as mudan?as na estrutura de descarga no diagrama. Onde M representa um átomo de metal e X representa um átomo de oxigênio. O tamanho dos vários átomos desta figura n?o leva a sério. Os íons de lítio s?o muito menores que os outros dois. Podemos ver que MX2 no substrato positivo na forma??o de várias camadas de estrutura muito estruturada (muito ordenada), a descarga, os elétrons na agrega??o positiva (positiva), os íons de lítio se movem para o positivo, intercalado na estrutura MX2 da lacuna, assim distribui??o ordenada na superfície positiva. Os íons metálicos no MX2 s?o reduzidos eletronicamente, agindo assim como um agente oxidante. Uma vez que essa estrutura desmoronou, é impossível responder a ela. Como fazer? é o suficiente para parar no cátodo da bateria em fun??o disso, ou seja, a superfície positiva deve manter uma certa quantidade de íons de lítio para manter a integridade da estrutura. Essa quantidade, geralmente 50%. é por isso que a rea??o anterior terá uma quantidade desconhecida de x. Mesmo no estado totalmente carregado, há quase metade do íon de lítio para permanecer na superfície positiva. Portanto, a densidade de energia é menor. Off-topic: é por isso que a bateria de lítio tem medo de carga excessiva, uma vez sobrecarregada, o cátodo do íon de lítio funciona e essa pilha de madeira entrará em colapso. Cinco: o grande problema da bateria quatro, a escolha de materiais no esticado, e outros, suponho que as pessoas aqui est?o plenamente conscientes das restri??es sobre o design da bateria recarregável. Para a transferência ordenada de elétrons, a fim de distribuir ordenadamente os íons de lítio e os átomos de lítio, as baterias precisam de eletrólitos e vários materiais auxiliares, a necessidade de uma estrutura regular na superfície do anodo do cátodo, que é à custa da densidade de energia. Agora, voltando ao meu argumento: 1) a tecnologia da bateria é muito fraca: como esses projetos s?o inteligentes, obviamente o culminar da sabedoria humana. 2) a tecnologia da bateria promissora: para as perspectivas futuras, devemos ter uma atitude realista. A tecnologia da bateria foi desenvolvida há mais de 100 anos, tem sido o período de surto; apoiar o desenvolvimento da tecnologia de bateria para a teoria da física e da química, seu grande desenvolvimento do grande avan?o na Segunda Guerra Mundial acabou. A tecnologia de bateria futura previsível deve ser baseada no desenvolvimento atual da bateria. No campo de uso civil, a densidade de energia da bateria é um dos problemas mais problemáticos, mas é o problema mais difícil de resolver. A densidade de energia das baterias passadas foi capaz de continuar a melhorar, porque os cientistas têm procurado elementos com menor peso at?mico que atuem como oxidante, agente redutor e estrutura de suporte. Ent?o nós testemunhamos do chumbo-ácido ao níquel-cádmio, do níquel-cádmio ao níquel-hidrogênio, do níquel-hidrogênio ao atual processo de desenvolvimento da bateria recarregável de íon-lítio, mas depois? Agente redutor: Eu disse no início. Alta propor??o de transferência de elétrons nos elementos de alguns: hidrogênio, carbono, boro, berílio, lítio. Que é adequado como um agente redutor de bateria recarregável apenas lítio. Hidrogênio, carbono só aparece na célula de combustível. Boro, berílio n?o é a principal dire??o de pesquisa, n?o sei porque é.Oxidante: Se você n?o usa metal de transi??o, ent?o a escolha é a segunda linha da terceira linha dos elementos do grupo principal. O halogênio n?o é suficiente, ent?o o oxigênio e o enxofre restantes. A realidade é que as baterias de lítio-ar (óxido de lítio) e as baterias de lítio-enxofre têm muita gente para estudar, mas o progresso n?o é otimista. Por quê? Porque a estrutura da superfície da bateria é um grande problema. A nanotecnologia está fazendo muito progresso? Os cientistas certamente ser?o capazes de usar uma variedade de nanofios nanotubos nanoesferas nano-tigela de grafeno projetado uma estrutura de superfície fina e ordenada. Esses laboratórios ser?o separados uns dos outros vai liberar algumas grandes novidades ah. Mas há duas quest?es, pode querer pensar. 1) grafite sempre foi a escolha do material do anodo da bateria de lítio, na verdade, se considerar apenas a energia densidade, ent?o o estanho metálico é mais adequado como material negativo. Mas até agora também a sony lan?ou a bateria de eletrodo de estanho (Sony nexelion 14430W1) Por que isso acontece? ) No entanto, devido a raz?es de densidade de compacta??o, o uso desses materiais, a capacidade da bateria n?o é como a bateria de lítio-cobalto. Por que as pessoas estudam muito? o
Fonte: Meeyou Carbide