f875f9 7d5c3515691b484fb80a1cbaac48d26amv2

バッテリー容量を正確に制限しているものは何ですか?この問題では、これを確認できます:バッテリー容量=エネルギー密度xバッテリー容量。バッテリーのサイズは当然のことながらやりたいことですが、エネルギー密度が鍵となりますので、質問は次のように理解できます:バッテリーの現在のエネルギー密度はなぜ改善が難しいのか?この文章に対する簡単な答えは、バッテリーの背後にある化学物質がバッテリーのエネルギー密度を制限するということです。wikiから再現されたさまざまなエネルギーキャリアのエネルギー密度。私たちの携帯電話、タブレット、ノートブック、時計、そして有名なテスラバッテリーリチウムイオン電池の左下に使用されています。そして、ガソリン、ディーゼル、ブタン、プロパン、天然ガスの位置を探してください。ほとんどの人は次のアイデアを見つけると推定されています:1)バッテリー技術が弱すぎる2)有望なバッテリー技術それについてよく考える人がいる3)燃料電池技術は明日のスターになるだろう私のアイデア:上記は幻覚、幻覚です.1単純な化学反応の背後にある燃料付きのバッテリーレビューについて少し知識を持っています(または人気があります)私たちの生活で目にした燃料やバッテリーのほとんどは、エネルギーキャリアなど、主に化学的レドックス反応に関連しています。エネルギーキャリアは特定の化学プロセスの変換に関与していますが、常にレドックス反応に要約できます。レドックスレドックス反応の本質は、還元剤から酸化剤への電子の移動です。あなたはバッテリーのように感じますか?バッテリーの負極は還元剤であり、正極は酸化剤です(特に正確ではありません)。マイナスから外部回路を通ってカソードへの電子、そして次に、電球、自動車の運転、携帯電話とコンピューターのサポートを行います。電子はエネルギー源であるため、エネルギー密度を電子の密度。ここでは、電子が実行できる電力は一定であると仮定します(これは明らかに誤りであり、実際には酸化剤と還元剤の種類によって異なりますが、よく調べてみると、一般的なバッテリーと燃料では、これは主な要因ではありません)エネルギー計算の電子密度は、体積計算に応じて、主に2つの要因に依存します。1。エネルギーキャリアの体積密度。固体>液体>>>>>気体。これは良い理解です。エネルギーキャリアの電子伝達比。化学が忘れると、これは理解するのが非常に困難です。印象があれば、これもよくわかります。原子の内部電子は化学反応に関与せず、当然転送されません。外側のレイヤーのみが作業を転送します。電子伝達比は、分子の総数に対する反応に関与する電子の数の比です。一般に、還元剤の外電子数はそれほど多くありませんが、原子数が増えると内層数も増えます。さらに重要なのは、陽子と中性子が増加した後に原子の数が増加し、両方が品質の主な源であるということです。いくつかの例を挙げます。1)H2-2e = 2H +水素原子は1つの電子のみで、すべてが反応に関与し、電子伝達比は100%2)Li-e = Li +リチウム原子には3つの電子があり、反応に参加するのは1つだけです。電子伝達比は1/3 = 33%3)Zn-2e = Zn2 + Zn原子には30個の電子があります。反応に関与するのは2つだけであり、電子移動比は2/30 = 6.7%です。ほとんどの物質では、前述の理由により、電子移動の割合は非常に低くなります。周期表の最初の2行の軽い原子だけが良いエネルギーキャリアである可能性が高いことがわかります。たった10の最初の2つの元素、水素、ヘリウム、リチウム、ベリリウム、ホウ素、酸窒化炭素。どのヘリウムとネオンが不活性ガスであるかを除きます。酸素とフッ素は酸化剤です。窒素は、ほとんどの場合、準不活性ガスであり、不活性ガスまたは有毒な人々でない限り、死亡して喫煙されません。水素(100%)、炭素(66%)、ホウ素(60%)、ベリリウム(50%)、リチウム(33%)の5つの要素を残しました。さらに、電池の負極として原子を配置した場合、次に、ハーフセルのエネルギー密度(質量単位)は、転送された電子の数と原子量によって推定できます。それ以来、上記の比率はより異なるものになります。水素もベンチマークとします:炭素(4 / 12,33%)ホウ素(3 / 10.8,28%)ベリリウム(2 / 9,22%)リチウム(1 / 7,14%)に最適な2つの元素は簡単に見つかりますエネルギー担体は、炭素と水素、および炭化水素であり、これらは実際には一般的なガソリン燃料、ディーゼル燃料、およびその他の燃料です。これらの高エネルギーキャリアをエネルギー源として車で選択することは、すでにより優れたソリューションです。と比較して、さまざまな炭化水素を含むバッテリーは、本質的に不十分であると言えます.2:バッテリーの大きな問題の1つは、電解質を出す上記の説明によれば、バッテリーは、燃料密度を超えることが難しいことがわかりますエネルギー密度ですが、燃料の半分のレベルから1/4レベルに到達できるようです。ただし、実際には、バッテリーのエネルギー密度は多くの場合、燃料の1%未満です。エネルギー密度の比較:ガソリン46.4MJ / Kg、リチウム43.1MJ / Kg、リチウム電池(充電不可)1.8MJ / Kg、リチウムイオン電池0.36〜0.875MJ / Kg実際、エネルギー密度ガソリンとリチウムは本当にずっと少ない。主な理由は、炭素から酸素への電子移動の仕事は十分に大きくない(共有結合は異なる場合がある)が、リチウムからリチウム電池への移動であるためです。何が途中で起こったのですか?その理由は明白です。内部のリチウムまたはリチウムイオンバッテリーは金属リチウムだけでなく、他にも並行輸入品があります。バッテリー内部のリチウム含有量を推定するためのこのような式を見つけました。 Http://www.ponytest.com/document/battery.pdfM = 0.3 *ああ。つまり、バッテリー容量(安全性)に30%を掛けると、バッテリーのリチウム含有量(g)を計算できます。有名な18650(携帯電話ノートブックTesla)バッテリーの場合、42g程度の重量、公称容量は2200mAhです。つまり、2200/1000 * 0.3 = 0.66gのリチウム含有量は、総重量の約1.5%です。バッテリーのリチウム含有量のみをアップグレードできるように、エネルギー密度を改善できます!本当にとてもシンプルです。まずはリチウムとハンに加えてリチウム電池を見ます。行かないでください!聞き取れませんがわかりません。一般に、バッテリーの4つのコンポーネントは重要です:正(放電はカソード)、負(放電はアノード)、電解質、ダイヤフラム。プラスとマイナスは化学反応が起こる場所であり、重要な位置を理解することができます。しかし、電解質の使用は何ですか? Do not workはまだ非常に重いです。次に、マップを見てください。図は、バッテリーの充電と放電のプロセスが非常に良いことを示しています。ここで最初に述べた唯一の放電:バッテリー内部の負の電子での金属リチウムの損失は、電解質を介して正の移動へと酸化されてリチウムイオンになります。電子となる正極材が還元され、正のリチウムイオン中和でした。電解質の理想的な役割は、リチウムイオンのみを輸送および運搬することです。バッテリーの外では、電子は外部回路を介して負から正の転送に、仕事の途中で。理想的には、電解質はリチウムイオンの優れたキャリアであるべきですが、優れた電子キャリアであってはなりません。したがって、外部回路がない場合、電子はバッテリー内部のマイナスからカソードに転送できません。外部回路の存在のみ、電子伝達を行うことができます。「あなたは言っていません」エネルギーキャリアは特定の化学プロセスを変更するプロセスに関与していますが、常にレドックス反応に要約されます。 「」レドックス反応の本質は、還元剤から酸化剤への電子の移動です。「ガソリン車には電解質がありませんが、ガソリンの電子燃焼があり、それを燃やしているので、それを動かすことはできませんか?はい、燃えています。電子伝達を伴う必要があります、そして、バッテリーの燃焼電子伝達と電子伝達はどこで根本的に異なりますか?それは秩序だったのでしょうか?燃焼電子移動は微視的カテゴリーでは完全に無秩序です。燃料と酸素分子が次の瞬間の方向に移動する場所を予測することはできません。電子の方向の燃料がどの酸素分子に転送されるかはわかりません。より多くの電子がランダムに移動する10×20-23回の分子のランダムな動きは、無秩序なエネルギー放出の結果、または単に発熱と呼ばれます。バッテリーは、観点より優れています。電池軌道内の各分子の動きはまだわかりませんが、少なくとも知ることはできます。金属リチウムは、負極材料の表面を失うだけでリチウムイオンになります。負の開始からリチウムイオン、そして最終的にはカソードに到達します。電子は、アノード材料の表面から高電位の正電位に向かってのみ移動します。共同運動の電子の10 ^ 20-23倍、マクロでは電流と呼びます。まとめます放電するため、電子伝達を注文するために、バッテリーはエネルギーを運ぶ必要がなく、必須の電解質とさまざまな補助材料があるので、エネルギー密度をさらに下げます。これで終了ですか?正直言って、この部分は単なる舗装です.3:大きな問題のバッテリー、ネガティブな表面のマテリアルこんにちは、みなさん、こんにちは。各行を読むことを主張できるなら、ここで読んでください、おめでとうございます、バッテリーの理解前のセクションの内容を確認してください。何?すべてを忘れましたか?言葉ではない?セルのエネルギー密度は、仕事がないが必須の電解質と他の補助材料の存在のために希釈されます。これらの余分な重量は最終的にどのくらいありますか?電解液の重量は通常、バッテリーの総重量の15%を占めます(リンクが見つかりません)。シェル、外部電極、およびその他の補助材料が数えられると推定され、総重量はバッテリーの総重量の50%を超えてはなりません。ああ、バッテリーは「水」と混合されていますが、水もそれほど多くありません。市場のリチウムイオンバッテリーのエネルギー密度も約1%リチウムです。何が起きたのですか?なぜこの文はそれほど親しみやすいのでしょうか?もっと新鮮なオレンジを飲んで、最も一般的なリチウムコバルト酸化物(テスラロードスター)の電気化学反応を見てみましょう。実際、リチウムとコバルトの移動の一部だけで、他の元素は電子に関与していません。次に、小さな計算を行います。元素リチウムの原子量6.9は、電子転送への電子参加に貢献できます。酸化剤は空気からのものであり、考慮する必要はありません。コバルト酸リチウム電池と反応した反応物の総分子量は98 + 72 = 170でしたが、電子の半分だけが電子伝達に関与していました。リチウム原子の一部のみが反応するためです.2つの電子の仕事が同じであると考える場合、これらの2つのエネルギーキャリア比のエネルギー密度を推定できます。バッテリーエネルギー密度:燃料エネルギー密度=(0.5 / 170 )/(1 / 6.9)= 2.03%バッテリーが完成しました。バッテリーの重量が補助材料の半分であることを考慮して、カウントしていません。だから割引をする必要があります。残りの1%。したがって、エネルギー密度は次のようになっています:リチウム43.1MJ / Kgリチウムイオンバッテリー0.36〜0.875MJ / KgHaハッハッハハッハッハ……また、それに追いついていますか? 4つの操作はもっと簡単なああ。何が起こったのか知っていますか?さて、私が言った理由を理解できましたか?バッテリーの背後にある化学物質がバッテリーのエネルギー密度を制限します。次に、バッテリーの化学反応が非常に複雑になり、バッテリーのエネルギー密度が直接低下する理由です。この問題はより複雑になると、ほとんどの人は読むのに忍耐力がないと推定されています。ですから、簡単な答えを示してください:整然としています。まあ、忍耐はありません。次は本当に長いです、平均的な人を読むことができません。写真のリリース前に開始します:残りの学生は、マップが非常に精通しているということではありませんか?実際には、リチウム電池の図ですが、今回はカソードのアノード表面構造のために表示されます。彼らはああ、とてもきちんとしたルールだと思いますか?きちんとしたルールは順序を整然と変更しますが、表面構造の正極を注文する必要があるのはなぜですか?充放電時に正極と負極の表面でのみ酸化還元反応が起こり、電流が流れていることを確認する必要があるため、負極のあるグラファイト(C6)に注目します。リチウム原子の放出(イオンではない)が電子の負の表面で失われ、それらが充電されてそれを取り戻すことを保証するために、非常に簡単です。充電時のアノード電圧が低いため、正に帯電したリチウムイオンが自発的に負極側に移動し、電子がリチウム原子に戻されます。ワンタイムバッテリーの場合、グラファイトは必要ありません。しかし、それがバッテリーの充電と放電の場合、アノードの表面材料はグラファイトではなく、他の物質になります。子供を売却しないでください、そして結局編集者のメモTheHillsは多くの考えです。充電すると、電子の負の表面にあるリチウムイオンがリチウム原子になります。その後?私たちは皆、すべての金属が優れた電子伝導体であり、リチウムが金属であることを知っているため、リチウムは優れた電子伝導体です。したがって、最初に負のリチウム原子が負の一部になり、次に元のリチウムのランクに追加された負のリチウムイオンに戻ります。リチウム原子のみからなる結晶が登場したTheThe。このプロセスはクリスタルとも呼ばれます。その結果、リチウムの結晶がダイヤフラムを正極に突き刺すので、バッテリーの短絡が解消されます。この現象の結晶化については、私たちは理解できます。充電プロセスでは、リチウムイオンは実際には非常に弱いです。リチウムイオンが負の表面に移動することのみを保証できますが、リチウムイオンが負の表面に均一に分布することは保証できません。したがって、外部制約がない場合、リチウム結晶は不定成長の負の表面で充電され、デンドライト(樹状結晶)が形成されるため、制約が必要です。ピットを掘って内部のリチウムイオンをジャンプさせるには。このピットの特定のパフォーマンスは、グラファイト材料のカソード表面です。上の図に示すように、グラファイト層間のギャップは、単一のリチウム原子を収容するのに十分な大きさですが、単一のリチウム原子のみです。そして、グラファイト層とリチウム原子の間の物理的吸着は、リチウム原子を保持することができます。外部電圧がない場合も、負の表面のときは安心できます。したがって、リチウム原子は残忍な成長をしません。しかし、エネルギー密度はアップしていません.4:バッテリーの大きな問題3、正極材料リチウム原子を各充電で負極の表面に均一に均一に分布させるには、負極の表面リチウム原子の分布を抑制する(秩序立ってエントロピーを低減する)ためには、凝固した構造が必要です。この設計では、バッテリーのエネルギー密度が大幅に低下します。正極にも同じ問題があります。各放電でリチウムイオンを正極の表面に均一に均一に分布させるために、正極の表面には、リチウムイオンの分布を抑制(秩序的にエントロピーを低減)するための凝固構造の層が必要です。この設計により、バッテリーのエネルギー密度が大幅に低下しますが、それ以上に、図のバッテリーの正極材料の充電と放電の構造が変化します。ここで、Mは金属原子を表し、Xは酸素原子を表す。この図のさまざまな原子のサイズは、それほど重要ではありません。リチウムイオンは他の2つよりもはるかに小さいです。非常に構造化された(非常に秩序だった)構造の複数の層が形成された正の基板のMX2、放電、正(正の)凝集の電子、リチウムイオンが移動することがわかります正の、ギャップのMX2構造に散在しているため、正の表面での順序付けられた分布。 MX2の金属イオンは電子的に還元されて酸化剤として機能しますが、この構造が崩れると応答できなくなります。これに関しては、バッテリーカソードのセットを停止するだけで十分です。つまり、構造の完全性を維持するには、正の表面が一定量のリチウムイオンを維持する必要があります。この量、通常は50%。これが、前の反応に未知の量のxがある理由です。完全に充電された状態でも、リチウムイオンの半分近くが正の表面に留まります。したがって、エネルギー密度は低くなります。トピック外:これは、リチウム電池が過充電になると、リチウムイオンのカソードが走り、この木材の山が崩壊するので、過充電を恐れる理由です。5:大きな問題バッテリー4つ、伸ばした状態での素材の選択、その他私は、ここの人々は充電式バッテリーの設計に関する制限を十分に認識していると思います。整然とした電子伝達のために、リチウムイオンとリチウム原子の分布を整然とするために、バッテリーには電解質とさまざまな補助材料が必要であり、エネルギー密度を犠牲にして正極アノード表面に規則的な構造が必要です。さて、私の議論に戻ります:1)バッテリー技術は弱すぎます:これらの設計はどれほど巧妙で、明らかに人間の知恵の集大成です。2)有望なバッテリー技術:将来の展望のために、私たちは現実的な態度を持たなければなりません。バッテリー技術は100年以上に渡って開発されており、発生期間は長いです。物理学と化学の理論のための電池技術の開発を支援し、第二次世界大戦における大きな突破口の彼らの素晴らしい発展は終わりました。予測可能な将来のバッテリー技術は、バッテリーの現在の開発に基づいている必要があります。民間使用の分野では、バッテリーのエネルギー密度は最も厄介な問題の1つですが、解決するのが最も難しい問題です。科学者は、酸化剤、還元剤、および支持構造として機能する原子量の小さい元素を探してきたため、過去のバッテリーエネルギー密度は改善し続けることができました。それで、鉛酸からニッケルカドミウム、ニッケルカドミウムからニッケル水素、ニッケル水素から現在のリチウムイオン充電式電池の開発プロセスへと目撃しましたが、還元剤:冒頭で述べました。水素、炭素、ホウ素、ベリリウム、リチウムなどのいくつかの元素の電子移動の割合が高い。リチウムのみの二次電池還元剤として適しています。水素、炭素は燃料電池にのみ現れます。ホウ素、ベリリウムは主な研究方向ではありません、なぜそうなのかはわかりません。酸化剤:遷移金属を使用しない場合は、主なグループの要素の3行目の2行目を選択します。ハロゲンは十分ではなく、残りの酸素と硫黄です。現実には、リチウム空気電池(酸化リチウム)とリチウム硫黄電池には多くの人が研究する必要がありますが、進歩は楽観的ではありません。なぜですか?電池の表面構造が大きな問題なので、ナノテクノロジーは今、大きな進歩を遂げていますか?科学者は確かに、細かく整然とした表面構造を設計したグラフェンのさまざまなナノワイヤーナノチューブナノスフィアナノボウルを使用することができます。これらのラボは互いに分離され、いくつかの大きなニュースがああリリースされますが、2つの問題があり、検討したいと思うかもしれません。密度、それから金属スズはネガティブ材料としてより適しています。しかし、これまでのところ、ソニーが発売したスズ電極バッテリー(Sony nexelion 14430W1)なぜこれがそうなのか? )ただし、圧縮密度の理由、これらの材料の使用により、バッテリーの容量はコバルトリチウムバッテリーほどではありません。なぜ人々は一生懸命勉強するのですか?の
出典:Meeyou Carbide

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です

ja日本語
en_USEnglish zh_CN简体中文 es_ESEspañol hi_INहिन्दी arالعربية pt_BRPortuguês do Brasil ru_RUРусский jv_IDBasa Jawa de_DEDeutsch ko_KR한국어 fr_FRFrançais tr_TRTürkçe pl_PLPolski viTiếng Việt ja日本語