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Qu'est-ce qui limite exactement 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 la façon de faire, la densité d'énergie est la clé.La question peut donc être comprise comme: la densité d'énergie actuelle de la batterie pourquoi il est difficile de l'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 différents vecteurs d'énergie reproduits à partir du wiki.Notre téléphone portable, tablette, ordinateur portable, montre et batteries Tesla bien connues sont utilisés dans le coin inférieur gauche de la batterie lithium-ion. Et puis s'il vous plaît chercher l'essence, le diesel, le butane, le propane, la position du gaz naturel. On estime que la plupart des gens trouveront les idées suivantes: 1) La technologie de la batterie est trop faible 2) La technologie de la batterie prometteuse Certaines des meilleures personnes y pensent 3) La technologie des piles à combustible sera la star de demain Mon idée: ce qui précède sont des hallucinations, des hallucinations. .la batterie avec le carburant derrière la chimie simple.Faites un peu connaissance de la revue (ou populaire) .La plupart du carburant et des batteries que nous avons vus dans nos vies, de tels vecteurs d'énergie, sont principalement liés aux réactions redox chimiques. Les vecteurs d'énergie sont impliqués dans la transformation de processus chimiques spécifiques, mais peuvent toujours être résumés en une réaction redox. Redox L'essence de la réaction redox est le transfert d'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 à travers le circuit externe jusqu'à la cathode, puis font le travail en passant: ampoules, véhicules de conduite, supportent les téléphones portables et les ordinateurs.Comme les électrons sont la source d'énergie, alors nous pouvons estimer la densité d'énergie par la densité d'électrons. Ici, nous supposons que la puissance que les électrons peuvent faire est cohérente (c'est clairement faux, cela dépend en fait du type d'oxydant et d'agent réducteur, mais si on l'examine attentivement, pour la batterie et le carburant courants, ce n'est pas le facteur principal) La densité électronique du vecteur énergétique, en fonction du calcul du volume, dépend principalement de deux facteurs: 1. La densité volumique du vecteur énergétique. Gaz solide> liquide >>>>>. 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 l'œuvre. Le rapport de transfert d'électrons est le rapport du nombre d'électrons impliqués dans la réaction au nombre total de molécules. En général, le nombre d'électrons externes de l'agent réducteur n'est pas tellement, mais le nombre de couches internes augmente avec l'augmentation du nombre d'atomes. Plus important encore, le nombre d'atomes augmente après l'augmentation du proton et des neutrons, et les deux sont la principale source de qualité.Donnez quelques exemples: 1) H2-2e = 2H + atomes d'hydrogène un seul électron, tous impliqués dans la réaction, le rapport de transfert d'électrons est 100%2) Li-e = Li + L'atome de lithium a trois électrons, un seul participe à la réaction, le rapport de transfert d'électrons est 1/3 = 33%3) Zn-2e = Zn2 + Zn les atomes ont trente électrons, seulement deux impliqués dans la réaction, le rapport 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 mentionnées précédemment. On peut voir que seuls les atomes de lumière 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 des personnes toxiques fumées mortes, exclues. Nous avons laissé cinq éléments, l'hydrogène (100%), le carbone (66%), le bore (60%), le béryllium (50%), le lithium (33%) .En outre, 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 trouver que les deux éléments qui conviennent le mieux à les vecteurs énergétiques sont le carbone et l'hydrogène, et les hydrocarbures, qui sont en fait les carburants courants à essence et diesel et autres carburants. La sélection automobile de ces vecteurs à haute énergie comme source d'énergie est déjà une meilleure solution dans la nature. La batterie avec une variété d'hydrocarbures par rapport à peut être considérée comme intrinsèquement inadéquate.Deux: l'un des gros problèmes avec la batterie, éteindre l'électrolyte.Selon l'explication ci-dessus, nous pouvons savoir que la batterie est difficile à dépasser la densité de carburant dans la densité d'énergie, mais il semble pouvoir atteindre la moitié du niveau de carburant à 1/4 de niveau. Cependant, en réalité, la densité d'énergie de la batterie est souvent inférieure à 1% du carburant. Ne croyez pas aux données Comparaison de la densité d'énergie: essence 46.4MJ / Kg, lithium 43.1MJ / Kg, batterie au lithium (ne peut pas charger) 1.8MJ / Kg, batterie lithium-ion 0.36 ~ 0.875MJ / Kg En fait, la densité d'énergie de l'essence et le lithium vraiment beaucoup moins. La raison principale est que le travail de transfert d'électrons carbone-oxygène n'est pas assez important (la liaison covalente peut être différente) mais du lithium à la batterie au lithium. Le The 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 à l'intérieur n'est pas seulement du lithium métallique, il existe d'autres importations parallèles.J'ai trouvé une telle formule pour estimer la teneur en lithium à l'intérieur de la batterie. 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 batterie bien connue 18650 (portable de portable Tesla), son poids dans le 42g environ, la capacité nominale de 2200mAh ou alors, sa teneur en lithium de 2200/1000 * 0,3 = 0,66 g est d'environ 1,5% du poids total. Afin que nous puissions uniquement améliorer le contenu en lithium de la batterie, nous pouvons améliorer la densité d'énergie! Vraiment assez simple. Nous examinons d'abord la batterie au lithium en plus du lithium et ce que Han.N'y allez pas! Le je ne comprends pas, 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 se produit la réaction chimique, 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 que le processus de charge et de décharge de la batterie est très bon. Ici, la première dit que seule décharge: la batterie interne, la perte de lithium métallique dans les électrons négatifs sont oxydés pour devenir des ions lithium, à travers l'électrolyte pour le transfert positif; matériau cathodique à être des électrons sont réduits, était la neutralisation positive des ions 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 à travers le circuit externe au transfert positif, le milieu du travail. Idéalement, l'électrolyte devrait être un bon vecteur pour les ions lithium, mais il ne doit pas être un bon vecteur d'électrons. Par conséquent, en l'absence de circuits externes, l'électronique ne peut pas être transférée du négatif à l'intérieur de la batterie à la cathode; seule l'existence de circuits externes, le transfert électronique peut être effectué. »Vous ne dites pas que« les vecteurs d'énergie sont impliqués dans le processus de changement du processus chimique spécifique, mais se résument toujours à une réaction redox. "" L'essence de la réaction redox est le transfert d'électrons de l'agent réducteur à l'oxydant, "la voiture à essence n'a pas d'électrolyte. Mais il y a une combustion électronique de l'essence qui la brûle, vous ne pouvez pas l'alimenter? Oui, la combustion doit impliquer un transfert d'électrons, alors le transfert d'électrons brûlant et le transfert électronique de la batterie sont fondamentalement différents où? Le transfert d'électrons en combustion est-il 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 moment suivant, nous ne savons pas que le carburant dans la direction des électrons sera transféré vers 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 dit, exothermique. La batterie est meilleure que le point de vue. Bien que nous ne connaissions toujours pas le mouvement de chaque molécule à l'intérieur de la trajectoire de la batterie, nous pouvons au moins le savoir: le lithium métallique ne perdra que la surface du matériau anodique pour devenir des ions lithium; les ions lithium à partir du démarrage négatif, et finalement atteindre la cathode. Les électrons se déplacent uniquement de la surface du matériau d'anode vers le potentiel positif du potentiel élevé. 10 ^ 20-23 fois les électrons du co-mouvement, dans la macro nous l'appelons le courant. Résumez-le Pour décharger, afin de commander le transfert électronique, la batterie ne devait transporter aucune énergie mais l'électrolyte essentiel et une variété de matériaux auxiliaires, afin de réduire davantage leur densité d'énergie. Est-ce fini? Non, honnêtement, cette partie n'est qu'un trottoir.Trois: la batterie du gros problème, le matériau de la surface négativeBonjour 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 à un niveau. Revoyez maintenant le contenu de la section précédente. Quelle? Le Tout oublié? Le Pas un mot? La densité énergétique des cellules est diluée en raison de l'absence de travail mais des électrolytes essentiels et de la présence d'autres matériaux auxiliaires. Combien de ces poids supplémentaires sont finalement présents? Le poids de l'électrolyte représente généralement 15% du poids total de la batterie (le lien est introuvable). On estime que la coque, les électrodes externes et les autres matériaux auxiliaires sont comptés, le poids total ne doit pas dépasser 50% du poids total de la batterie.Non ah, bien que la batterie soit mélangée avec de `` l'eau '', mais aussi pas tellement d'eau ah . La densité d'énergie de la batterie lithium-ion du marché est également d'environ 1% lithium. Qu'est-il arrivé à ça? Pourquoi cette phrase est-elle si familière? Buvez plus d'orange fraîche, regardons la réaction électrochimique la plus courante de l'oxyde de lithium cobalt (Tesla Roadster) .En fait, seule une partie du transfert de lithium et de cobalt, d'autres éléments ne sont pas impliqués dans l'électron Ensuite, nous faisons un petit calcul: la masse atomique élémentaire de lithium 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 ayant réagi avec la batterie à l'oxyde de lithium et de cobalt était de 98 + 72 = 170, mais seulement la moitié des électrons ont été impliqués dans le transfert d'électrons. Parce que seule une partie des atomes de lithium va réagir.Si nous pensons que le travail des deux électrons est le même, alors vous pouvez estimer la densité d'énergie de ces deux transporteurs d'énergie.Densité d'énergie de la batterie: Densité d'énergie du carburant = (0,5 / 170 ) / (1 / 6.9) = 2.03% La batterie est complète. Considérant que la batterie a la moitié du poids du matériel auxiliaire, je ne l'ai pas compté. Il faut donc faire une remise. Le reste 1%.So la densité d'énergie est devenue ainsi: batterie lithium-ion lithium 43,1MJ / Kg 0,36 ~ 0,875MJ / KgHa ha ha ha ha ha ha…… aussi suivre? Les quatre opérations ah plus simple. Maintenant, savez ce qui s'est passé, non? Maintenant, comprenez-vous pourquoi j'ai dit: La chimie derrière la batterie limite la densité d'énergie de la batterie.Suivant, notre question est: 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. Alors, donnez une réponse simple: pour un ordre. Eh bien, pas de patience, vous pouvez y aller. Ce qui suit est vraiment long, ne peut pas lire la personne moyenne. Commencez avant la sortie de l'image: Le reste des étudiants, n'est-ce pas que la carte est très familière? En fait, le schéma de la batterie au lithium, mais cette fois en raison de la structure de la surface de l'anode cathodique, est affiché. Pensez-vous que ce sont des règles très soignées, ah? Les règles Neat changent l'ordre, ordonné.Pourquoi le pôle positif de la structure de surface doit-il être commandé? Parce qu'il est nécessaire de s'assurer que la réaction d'oxydoréduction ne se produit qu'à la surface des électrodes positive et négative pendant la charge / décharge, afin qu'il y ait du courant.Nous regardons le graphite (C6) où le négatif.La tâche du pôle négatif est très simple, pour garantir que la décharge des atomes de lithium (et non des ions) soit perdue dans la surface négative des électrons, en les chargeant puis en les rattrapant. En raison de la faible tension d'anode au moment de la charge, les ions lithium chargés positivement se déplacent spontanément vers l'électrode négative et les électrons sont renvoyés vers les atomes de lithium. Il semble qu'il n'y ait rien de graphite, ah? S'il s'agit d'une batterie à usage unique, vous n'avez pas besoin de graphite. Mais s'il charge et décharge la batterie, le matériau de la surface de l'anode n'est pas du graphite sera d'autres substances.Ne vendez pas l'enfant, et bientôt à la fin Note de l'éditeur TheHills C'est beaucoup de réflexion. Lors de la charge, les ions lithium dans la surface négative des électrons deviennent des atomes de lithium. et alors? Nous savons tous que tous les métaux sont de bons conducteurs d'électrons, le lithium est du métal, donc le lithium est un bon conducteur électronique. Ainsi, le premier aux atomes de lithium négatifs devient une partie du négatif, puis revient aux ions de lithium négatifs ajoutés aux rangs de l'ancien lithium. Le TheSo que le cristal composé entièrement d'atomes de lithium est apparu. Ce processus, également connu sous le nom de cristal. Le résultat est que le cristal de lithium va percer le diaphragme vers le pôle positif, de sorte que le court-circuit de la batterie est éliminé.Pour la cristallisation de ce phénomène, nous pouvons le comprendre.Dans le processus de charge, nous contrôlons que le lithium-ion est en fait très faible . Nous ne pouvons que garantir que les ions lithium se déplaceront vers la surface négative, mais nous ne pouvons pas garantir que les ions lithium seront uniformément répartis sur 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) .Il doit donc 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 de la cathode du matériau graphite. Comme le montre la figure ci-dessus, l'écart entre les couches de graphite est suffisamment grand pour accueillir 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 peut également être à l'aise lorsque la surface négative.Donc, les atomes de lithium ne seront pas une croissance brutale. Mais la densité d'énergie n'est pas en hausse.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 sur la surface de l'électrode négative à chaque charge, 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 a en fait le même problème. Afin de permettre aux ions lithium d'être répartis uniformément et uniformément sur la surface de l'électrode positive à chaque décharge, la surface de l'électrode positive a besoin d'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 cela, ce sont les changements de structure de charge et de décharge du matériau de cathode de la batterie 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 dans le substrat positif sur la formation de plusieurs couches de structure très structurée (très ordonnée), la décharge, les électrons dans l'agrégation positive (positive), les ions lithium se déplacent au positif, entrecoupé dans la structure MX2 de l'écart, donc distribution ordonnée dans la surface positive. Les ions métalliques dans MX2 sont réduits électroniquement, agissant ainsi comme un agent oxydant.Une fois cette structure effondrée, il est impossible d'y répondre.Comment faire? Il suffit d'arrêter la prise dans la cathode de la batterie en termes de ceci, c'est-à-dire que la surface positive doit maintenir 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 pleine charge, près de la moitié de l'ion lithium reste dans la surface positive. Donc, la densité d'énergie est plus faible.Off-topic: C'est pourquoi la batterie au lithium a peur d'une charge excessive, une fois en surcharge, la cathode de la batterie lithium-ion, et ce tas de bois va s'effondrer.Cinq: le gros problème de la batterie quatre, le choix des matériaux sur l'étiré, et autres Je suppose que les gens ici sont pleinement conscients des restrictions sur la conception de la batterie rechargeable. Pour un transfert d'électrons ordonné, afin de répartir de manière ordonnée les ions lithium et les atomes de lithium, les batteries ont besoin d'électrolytes et de divers matériaux auxiliaires, la nécessité d'une structure régulière sur la surface de l'anode de la cathode, ce qui se fait au détriment de la densité d'énergie. Revenons maintenant à mon argument: 1) la technologie de la batterie est trop faible: à quel point ces conceptions sont intelligentes, le point culminant de la sagesse humaine.2) la technologie de la batterie est prometteuse: pour les perspectives d'avenir, nous devons avoir une attitude réaliste. La technologie de la batterie a été développée depuis 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 percée de la Seconde Guerre mondiale est terminé. La future technologie de la batterie prévisible doit être basée sur le développement actuel de la batterie.Dans le domaine de l'utilisation civile, la densité d'énergie 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 de la batterie passée a pu continuer à s'améliorer, car les scientifiques ont recherché des éléments de plus petit poids atomique agissant comme oxydant, agent réducteur et structure de support. Nous avons donc été témoins du plomb-acide au nickel-cadmium, du nickel-cadmium au nickel-hydrogène, du nickel-hydrogène au processus actuel de développement des batteries rechargeables au 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. 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 la principale direction de recherche, je ne sais pas pourquoi. Oxydant: Si vous n'utilisez pas de métal de transition, le choix est 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 de gens 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 progressent-elles maintenant? Les scientifiques seront certainement en mesure d'utiliser une variété de nanofils nanotubes nanotubes nano-bol de graphène conçu une structure de surface fine et ordonnée. Ces laboratoires seront séparés les uns des autres publieront quelques grandes nouvelles ah.Mais il y a deux problèmes, voudrez peut-être y réfléchir.1) le graphite a toujours été le choix du matériau d'anode de la batterie au lithium, en fait, si l'on ne considère que l'énergie densité, alors l'étain métallique est plus approprié comme matériau négatif. Mais jusqu'à présent, Sony a également lancé une batterie à électrodes en étain (Sony nexelion 14430W1) Pourquoi en est-il ainsi? 2) En plus de l'oxyde de lithium et de cobalt, l'autre matériau actuel de cathode de batterie au lithium est également un composé ternaire Li (NiCoMn) O2 phosphate de fer et de lithium (LiFePO4 ) Cependant, pour des raisons de densité de compactage, l'utilisation de ces matériaux, la capacité de la batterie n'est pas celle de la batterie au lithium-cobalt. Pourquoi les gens étudient-ils dur? le
Source: Meeyou Carbide

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