f875f9 7d5c3515691b484fb80a1cbaac48d26amv2

Pil kapasitesini tam olarak sınırlayan nedir? Bu sorun için şunu görebiliriz: pil kapasitesi = enerji yoğunluğu x pil hacmi. Pil boyutu doğal olarak nasıl yapılacağını yapmak istiyor, enerji yoğunluğu anahtardır.Bu yüzden soru şu şekilde anlaşılabilir: pilin mevcut enerji yoğunluğu neden iyileştirmek zordur? Cümlenin basit cevabı, pilin arkasındaki kimyanın pilin enerji yoğunluğunu sınırlamasıdır. Wiki'den üretilen çeşitli enerji taşıyıcılarının enerji yoğunluğu. Cep telefonu, tablet, dizüstü bilgisayar, saat ve tanınmış Tesla pillerimiz lityum iyon pilin sol alt köşesinde kullanılır. Ve sonra lütfen benzin, dizel, bütan, propan, doğal gaz pozisyonunu arayın. Çoğu insanın aşağıdaki fikirleri bulacağı tahmin edilmektedir: 1) Pil teknolojisi çok zayıf2) pil teknolojisi umut vericiDaha iyi insanların bazıları bunu düşünüyor3) Yakıt hücresi teknolojisi yarının yıldızı olacak. Fikrim: Yukarıdaki halüsinasyonlar, halüsinasyonlar. Basit kimya arkasındaki yakıt ile pil. İnceleme (veya popüler) hakkında biraz bilgi edinin.Yaşamımızda gördüğümüz yakıt ve pillerin çoğu, bu tür enerji taşıyıcıları, esas olarak kimyasal redoks reaksiyonları ile ilgilidir. Enerji taşıyıcıları belirli kimyasal işlemlerin dönüşümüne katılır, ancak her zaman bir redoks reaksiyonuna özetlenebilir.Redox Redoks reaksiyonunun özü, elektronların indirgeyici ajandan oksidana transferinde bulunur. Pil gibi mi hissediyorsun? Akünün negatif elektrodu indirgeyici bir maddedir ve pozitif elektrot oksitleyici bir maddedir (özellikle doğru değildir). Negatiflerden dış devre boyunca katoda kadar elektronlar ve daha sonra işi bu arada yapın: ampuller, sürücü araçları, cep telefonları ve bilgisayarları destekleyin. Elektronlar enerji kaynağı olduğundan, enerji yoğunluğunu tahmin edebiliriz. elektron yoğunluğu. Burada elektronların yapabileceği gücün tutarlı olduğunu varsayıyoruz (bu açıkça yanlıştır, aslında oksidan ve indirgeyici ajanın türüne bağlıdır, ancak dikkatlice incelenirse, ortak akü ve yakıt için bu ana faktör değildir) Hacim hesaplamasına bağlı olarak enerji taşıyıcının elektron yoğunluğu esas olarak iki faktöre bağlıdır; Enerji taşıyıcının hacim yoğunluğu. Katı> sıvı >>>>> gaz. Bu iyi bir anlayıştır. Enerji taşıyıcısının elektron transfer oranı. Kimya unutursa, bunu anlamak çok zordur; bazı izlenimler varsa, bu da iyi bir anlayıştır. Atomların iç elektronları kimyasal reaksiyona katılmaz ve doğal olarak aktarılmazlar. İşi sadece dış katman aktarır. Elektron transfer oranı, reaksiyona katılan elektron sayısının toplam molekül sayısına oranıdır. Genel olarak, indirgeyici ajanın dış elektronlarının sayısı çok fazla değildir, ancak atomların sayısı arttıkça iç tabakaların sayısı artar. Daha da önemlisi, proton ve nötronlar arttıktan sonra atom sayısı artar ve her ikisi de ana kalite kaynağıdır. Birkaç örnek verin: 1) H2-2e = 2H + hidrojen atomları, hepsi reaksiyona katılan tek bir elektron, elektron transfer oranı 100%2'dir) Li-e = Li + Lityum atomunun üç elektronu vardır, sadece biri reaksiyona katılır, elektron transfer oranı 1/3 = 33%3'tür) Zn-2e = Zn2 + Zn atomlarının otuz elektronu vardır, reaksiyona katılan sadece iki, elektron aktarım oranı 2/30 = 6.7%'dir. Çoğu madde için, daha önce belirtilen nedenler nedeniyle elektron aktarım oranı çok düşüktür. Sadece periyodik tablonun ilk iki sırasındaki ışık atomlarının iyi enerji taşıyıcıları olabileceği görülebilir. Sadece 10 ilk iki element, hidrojen helyum lityum berilyum bor, karbon oksinitrür. Hangi helyum ve neon inert gazlar, dışlama. Oksijen ve flor oksitleyici ajanlardır. Azot, çoğu durumda yarı inert bir gazdır, eğer inert bir gaz değilse ya da zehirli insanlar ya sigara içmiştir, hariç tutulmuştur. Hidrojen (100%), karbon (66%), bor (60%), berilyum (50%), lityum (33%) olmak üzere beş element bıraktık.Ayrıca, eğer bir atomun negatif kutbu olarak bir atom koyarsak. Daha sonra yarım hücrenin enerji yoğunluğu (kütle birimi), aktarılan elektron sayısı ve atom ağırlığı ile tahmin edilebilir. O zamandan beri, yukarıdaki oran daha farklı olacaktır. Ayrıca hidrojeni bir referans olarak alın: Karbon (4 / 12,33%) Bor (3 / 10,8,28%) Berilyum (2 / 9,22%) Lityum (1 / 7,14%) En uygun iki elementin bulunması kolaydır. enerji taşıyıcı karbon ve hidrojendir ve aslında ortak benzin ve dizel yakıtlar ve diğer yakıtlar olan hidrokarbonlardır. Enerji kaynağı olarak bu yüksek enerjili taşıyıcıların araç seçimi, doğada zaten daha iyi bir çözümdür. Karşılaşılan çeşitli hidrokarbonlara sahip akünün doğal olarak yetersiz olduğu söylenebilir.İki: akü ile ilgili büyük problemlerden biri, elektroliti söndürün Yukarıdaki açıklamaya göre, akünün yakıt yoğunluğunu aşmanın zor olduğunu biliyoruz enerji yoğunluğu, ancak yakıt seviyesinin yarısına 1/4 seviyesine ulaşabiliyor gibi görünüyor. Bununla birlikte, gerçekte pilin enerji yoğunluğu genellikle yakıtın 1%'sinden daha azdır. Verilere inanmayın.Enerji yoğunluğu karşılaştırması: benzin 46.4MJ / Kg, lityum 43.1MJ / Kg, lityum pil (şarj edilemez) 1.8MJ / Kg, lityum iyon pil 0.36 ~ 0.875MJ / Kg Aslında, enerji yoğunluğu benzin ve lityum gerçekten çok daha az. Bunun ana nedeni, karbondan oksijene elektron transfer çalışmasının yeterince büyük olmaması (kovalent bağ farklı olabilir) değil, lityumdan lityum pile kadar olmasıdır. The And sonra neyin ortasında olan lityum iyon bataryaya? Nedeni açıktır. İçindeki lityum veya lityum iyon pil sadece metal lityum değil, başka paralel ithalatlar da var.Pilin içindeki lityum içeriğini tahmin etmek için böyle bir formül buldum. Http://www.ponytest.com/document/battery.pdfM = 0.3 * Ah. Kelimelerle, pil kapasitesi (güvenlik) 30% ile çarpılarak pilin lityum içeriğini hesaplayabilir (g) İyi bilinen 18650 (cep telefonu dizüstü bilgisayarı Tesla) pil için, ağırlığı 42g veya daha fazla, 2200mAh nominal kapasitesi yani, 2200/1000 * 0.3 = 0.66g lityum içeriği toplam ağırlığın yaklaşık 1.5%'sidir. Böylece sadece pilin lityum içeriğini yükseltebiliriz, enerji yoğunluğunu artırabilir! Gerçekten yeterince basit. İlk olarak lityumun yanı sıra lityum bataryaya bakıyoruz ve Han'ın gitmediği şey! Onu dinleyebildiğini anlayamıyorum. Genel olarak, pilin dört bileşeni kritiktir: pozitif (deşarj katottur), negatif (deşarj anottur), elektrolit, diyafram. Pozitif ve negatif kimyasal reaksiyonun meydana geldiği yerdir, önemli pozisyon anlaşılabilir. Fakat elektrolitlerin kullanımı nedir? Çalışmayın hala çok ağır. Sonra haritaya bakın.Şekil, pilin şarj ve deşarj işleminin çok iyi olduğunu göstermektedir. Burada ilk bahsedilen tek deşarj: negatif elektronlardaki dahili pil, metal lityum kaybı, elektrolit yoluyla pozitif transfere lityum iyonları olacak şekilde oksitlenir; katot materyali elektron olacak şekilde azaltılır, pozitif lityum iyonu nötralizasyonudur. Elektrolitin ideal rolü sadece lityum iyonlarını taşımak ve taşımaktır. Akünün dışında, elektronlar dış devreden negatiften pozitif transfere, işin ortasında. İdeal olarak, elektrolit lityum iyonları için iyi bir taşıyıcı olmalıdır, ancak iyi bir elektron taşıyıcısı olmamalıdır. Bu nedenle, harici devrelerin yokluğunda, elektronik pilin içindeki negatiften katoda aktarılamaz; sadece harici devrelerin varlığı, elektronik aktarım yapılabilir. ”Siz söylemiyorsunuz” enerji taşıyıcıları belirli kimyasal prosesi değiştirme sürecine dahil oluyor, ancak her zaman bir redoks reaksiyonuna kadar özetleniyor. “” Redoks reaksiyonunun özü, indirgeyici ajandan oksidana elektronların aktarılmasıdır, “benzinli arabada elektrolit yok Ama yakmakta olan benzinin elektronik yanması var, güç veremiyor musunuz? Evet, yanıyor elektron transferini içermelidir, sonra yanan elektron transferi ve pilin elektronik transferi temel olarak nerede farklıdır? Yanan elektron transferi mikroskobik kategoride tamamen düzensizdir. Yakıt ve oksijen moleküllerinin bir sonraki moment yönünde nereye hareket edeceğini tahmin edemeyiz, elektronların yönündeki yakıtın hangi oksijen moleküllerine aktarılacağını bilmiyoruz. Daha fazla elektronun rastgele transferi ile 10 × 20-23 kez moleküllerin rastgele hareketi, düzensiz enerji salınımının veya basitçe adı geçen ekzoterminin sonucuna yol açar.Pil bakış açısından daha iyidir. Pil yörüngesindeki her bir molekülün hareketini hala bilmememize rağmen, en azından biliyoruz: metal lityum sadece anot malzemesinin yüzeyini lityum iyonları haline getirecek; lityum iyonları negatif başlangıçtan başlar ve sonuçta katoda ulaşır. Elektronlar sadece anot malzemesinin yüzeyinden yüksek potansiyelin pozitif potansiyeline doğru hareket eder. Ko-hareketin elektronlarının 10 ^ 20-23 katı, makroda buna akım diyoruz. Doldurun Deşarj etmek için, elektronik transferi sipariş etmek için, batarya temel elektrolitten başka enerji taşımak zorunda değildi ve çeşitli yardımcı malzemeler, bu yüzden enerji yoğunluklarını daha da azaltın.Bu bitti mi? Dürüst olmak gerekirse, bu bölüm sadece bir kaldırım.Üç: büyük sorunun pili, negatif yüzey malzemesi Herkese merhaba, geri döndüm.Her satırı okumak için ısrar ederseniz, tebrikler, pili anlayışınız Şimdi önceki bölümün içeriğini gözden geçirin. Ne? Hepsi unutuldu mu? Tek kelime değil mi? Hücrelerin enerji yoğunluğu, işin olmaması ancak esansiyel elektrolitler ve diğer yardımcı malzemelerin varlığı nedeniyle seyreltilir. Sonunda bu ekstra ağırlıkların ne kadarı var? Elektrolitin ağırlığı tipik olarak pilin toplam ağırlığının 15%'sini oluşturur (bağlantı bulunamaz). Kabuk, harici elektrotlar ve diğer yardımcı malzemelerin sayıldığı tahmin edilmektedir, toplam ağırlık pilin toplam ağırlığının 50% değerini aşmamalıdır.Ah değil, ancak 'su' ile karıştırılmış olmasına rağmen çok fazla su ah . Pazarın lityum-iyon pil enerji yoğunluğu da yaklaşık 1% lityumdur. Ona ne oldu? Bu cümle neden bu kadar tanıdık? Daha taze portakal iç, en yaygın lityum kobalt oksit (Tesla Roadster) elektrokimyasal reaksiyona bakalım. Aslında, lityum ve kobalt transferinin sadece bir kısmı, diğer elementler elektrona dahil değildir Sonra küçük bir hesaplama yaparız: 6.9 elementli lityum atom ağırlığı, elektronik transfere elektronik katılımda katkıda bulunabilir. Oksidan havadan gelir ve dikkate alınması gerekmez. Lityum kobalt oksit pil ile reaksiyona giren reaktanların toplam moleküler ağırlığı 98 + 72 = 170 idi, ancak elektronların sadece yarısı elektron transferine dahil edildi. Lityum atomlarının sadece bir kısmı reaksiyona gireceğinden, iki elektronun çalışmasının aynı olduğunu düşünürsek, bu iki enerji taşıyıcı oranının enerji yoğunluğunu tahmin edebilirsiniz.Pil enerji yoğunluğu: Yakıt enerji yoğunluğu = (0.5 / 170 ) / (1 / 6.9) = 2.03% Pil tamamlandı. Pilin yardımcı malzemenin yarısı kadar ağırlığı olduğu göz önüne alındığında, saymadım. Yani bir indirim yapmak zorunda. Kalan 1%.Yani enerji yoğunluğu şöyle oldu: lityum 43.1MJ / Kg lityum-iyon pil 0.36 ~ 0.875MJ / KgHa ha ha ha ha ha ha…… de buna ayak uydurabilir misiniz? Dört operasyon daha basit ah. Şimdi ne olduğunu biliyorum, değil mi? Şimdi neden dediğimi anlıyorsunuz: Pilin arkasındaki kimya, pilin enerji yoğunluğunu sınırlıyor.Sonraki sorumuz: pilin kimyasal reaksiyonunun neden bu kadar karmaşık olması, doğrudan pilin enerji yoğunluğunu azaltması.Bu sorun olacak daha karmaşık olun, çoğu insanın okumak için sabırsız olduğu tahmin edilmektedir. Bu yüzden basit bir cevap verin: Düzenli olarak.İyi, sabır yok, gidebilirsiniz. Aşağıdaki gerçekten uzun, ortalama bir kişi okuyamaz.Resim yayınlanmadan önce başlayın: Öğrencilerin geri kalanı, harita çok aşina değil mi? Aslında, lityum pil diyagramı, ancak bu kez katodik anot yüzey yapısı nedeniyle görüntülenir. Sence bunlar çok düzgün kurallar mı? Düzgün kurallar sırayı düzenli olarak değiştirir.Yüzey yapısının pozitif kutbunun neden sipariş edilmesi gerekiyor? Redoks reaksiyonunun şarj / deşarj sırasında sadece pozitif ve negatif elektrotların yüzeyinde gerçekleşmesini sağlamak gerektiğinden, akım var. Negatif olan grafite (C6) bakıyoruz. Negatif kutbun görevi Lityum atomlarının (iyonların değil) deşarjının elektronların negatif yüzeyinde kaybolmasını sağlamak, şarj etmek ve daha sonra geri yakalamak için çok basittir. Şarj sırasındaki düşük anot voltajı nedeniyle, pozitif yüklü lityum iyonları kendiliğinden negatif elektroda doğru hareket eder ve elektronlar lityum atomlarına geri döner. Ah grafit bir şey yok gibi görünüyor mu? Bir kerelik bir pil ise, grafite ihtiyaç duymaz. Ama eğer şarj ve akü deşarj, anot yüzey malzemesi grafit değildir diğer maddeler olacaktır. Çocuğu satmayın, ve yakında sonunda Editörün Notu TheHills Çok düşünce. Şarj ederken, elektronların negatif yüzeyindeki lityum iyonları lityum atomları haline gelir. ve sonra? Hepimiz biliyoruz ki tüm metaller iyi elektron iletkenleri, lityum metaldir, bu nedenle lityum iyi bir elektronik iletkendir. Böylece negatif lityum atomlarından ilki negatifin bir parçası haline gelir, daha sonra eski lityum saflarına eklenen negatif lityum iyonlarına geri döner. Tamamen lityum atomlarından oluşan kristal ortaya çıktı. Kristal olarak da bilinen bu işlem. Sonuç olarak, lityum kristali diyaframı pozitif kutba delecek, böylece pil kısa devre hurdaya ayrılacak.Bu fenomenin kristalizasyonu için bunu anlayabiliyoruz.Şarj sürecinde, lityum iyonunun aslında çok zayıf olduğunu kontrol ediyoruz . Sadece lityum iyonlarının negatif yüzeye hareket etmesini sağlayabiliriz, ancak lityum iyonlarının negatif yüzeye eşit olarak dağılmasını garanti edemeyiz. Bu nedenle, dış kısıtlamaların yokluğunda, lityum kristali belirsiz büyümenin negatif yüzeyinde, dendritlerin (dendritik kristal) oluşumunda yüklenecektir. Lityum iyonlarının sıçramasına izin vermek için bir çukur kazmak.Bu çukurun spesifik performansı, grafit malzemenin katot yüzeyidir. Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, grafit katmanları arasındaki boşluk, tek bir lityum atomunu, ancak yalnızca tek bir lityum atomunu barındıracak kadar büyüktür; ve sonra grafit tabakası ve lityum atomu arasındaki fiziksel adsorpsiyon lityum atomlarını tutabilir, Dış voltajın yokluğunda negatif yüzey olduğunda da rahat olabilir.Yani, lityum atomları acımasız büyüme olmayacaktır. Ancak enerji yoğunluğu yukarı değil.Dört: pilin üç büyük sorunu, pozitif yüzey malzemesiLityum atomlarının her şarjda negatif elektrotun yüzeyine, negatif elektrodun yüzeyine eşit ve düzgün bir şekilde dağıtılmasına izin vermek için lityum atomlarının dağılımını sınırlamak (düzenli, entropiyi azaltmak) için katılaştırılmış bir yapı gerektirir. Bu tasarım bataryanın enerji yoğunluğunu büyük ölçüde azaltır. Pozitif elektrot aslında aynı soruna sahiptir. Lityum iyonlarının her bir deşarjdaki pozitif elektrotun yüzeyi üzerinde düzgün ve düzgün bir şekilde dağılmasını sağlamak için, pozitif elektrodun yüzeyi lityum iyonlarının dağılımını sınırlamak (düzenli olarak entropiyi azaltmak) için bir katılaşmış yapı tabakasına ihtiyaç duyar. Bu tasarım pilin enerji yoğunluğunu büyük ölçüde seyreltir, ancak bundan daha fazlasıBu şemadaki pil katot malzemesi şarj ve deşarj yapısı değişiklikleri. Burada M bir metal atomunu ve X bir oksijen atomunu temsil eder. Bu şeklin çeşitli atomlarının büyüklüğü ciddiye almaz. Lityum iyonları diğer ikisinden çok daha küçüktür.Çok yapılandırılmış (çok düzenli) yapının, deşarjın, pozitif (pozitif) agregasyondaki elektronların, lityum iyonlarının birkaç tabakasının oluşumunda pozitif substrattaki MX2'nin olduğunu görebiliriz pozitif, aralığın MX2 yapısına serpiştirilmiş, böylece pozitif yüzeyde sıralı dağılım. MX2'deki metal iyonları elektronik olarak indirgenir, böylece bir oksitleyici ajan olarak işlev görür.Bu yapı çöktüğünde, cevap vermek imkansızdır. Batarya katodunda bunun için Set'i durdurmak yeterlidir, yani pozitif yüzey yapının bütünlüğünü korumak için belirli bir miktarda lityum iyonu korumalıdır. Bu miktar, genellikle 50%'dir, bu nedenle önceki reaksiyonun bilinmeyen bir miktarı x olacaktır. Tam olarak şarj edilmiş durumda bile, pozitif yüzeyde kalmak için lityum iyonunun yaklaşık yarısı vardır. Enerji yoğunluğu daha düşüktür. Konu: Lityum pilin aşırı şarjdan, aşırı şarj olduktan sonra, lityum-iyon çalışmasının katotundan ve bu odun yığınının çökmesinden korkuyor. Buradaki insanların şarj edilebilir pilin tasarımındaki kısıtlamaların tamamen farkında olduklarını varsayıyorum. Düzenli elektron transferini sağlamak için, lityum iyonlarının ve lityum atomlarının düzenli bir şekilde dağılımını sağlamak için, pillerin elektrolitlere ve çeşitli yardımcı malzemelere, katot anot yüzeyinde enerji yoğunluğu maliyetinde düzenli bir yapıya ihtiyacı vardır. Şimdi argümanma geri dönelim: 1) pil teknolojisi çok zayıf: bu tasarımlar ne kadar zeki, insan bilgeliğinin doruk noktası. 2) pil teknolojisi ümit verici: gelecekteki görünüm için gerçekçi bir tavır almalıyız. Pil teknolojisi 100 yıldan fazla bir süredir geliştirilmiştir, uzun süredir salgın dönemi olmuştur; fizik ve kimya teorisi için pil teknolojisinin gelişimini desteklemek, II.Dünya Savaşı'ndaki büyük atılımın büyük gelişimi bitti. Öngörülebilir gelecekteki pil teknolojisi, pilin mevcut gelişimine dayanmalıdır.Sivil kullanım alanında, pilin enerji yoğunluğu en zahmetli sorunlardan biridir, ancak çözülmesi en zor sorundur. Geçmişte akü enerji yoğunluğu gelişmeye devam edebildi, çünkü bilim adamları oksidan gibi davranan, indirgeyici ajan ve destekleyici yapı olarak daha küçük atom ağırlığı olan elementler arıyorlar. Bu yüzden kurşun asitten nikel-kadmiyuma, nikel-kadmiyumdan nikel-hidrojene, nikel-hidrojenden mevcut lityum-iyon şarj edilebilir pil geliştirme sürecine tanık olduk, ancak daha sonra? Azaltıcı ajan: Başlangıçta dedim. Birkaç elementin yüksek oranda elektron transferi: hidrojen, karbon, bor, berilyum, lityum. Şarj edilebilir pil azaltma maddesi olarak sadece lityum uygundur. Hidrojen, karbon sadece yakıt hücresinde görülür. Bor, berilyum ana araştırma yönü değildir, bunun neden olduğunu bilmiyorum.Oksidan: Geçiş metali kullanmıyorsanız, seçim ana grup elemanlarının üçüncü satırının ikinci satırıdır. Halojen yeterli değildir, o zaman kalan oksijen ve kükürt. Gerçek şu ki, lityum hava pillerinin (lityum oksit) ve lityum-kükürt pillerin okuyacak çok insanı var, ancak ilerleme iyimser değil. Neden? Çünkü pil yüzeyi yapısı büyük bir problemdir.Nanoteknoloji şimdi çok ilerleme kaydediyor mu? Bilim adamları kesinlikle ince ve düzenli bir yüzey yapısı tasarlanmış nanotüp nanoküre nano-kase grafen çeşitli kullanabilecektir. Bu laboratuvarlar birbirinden ayrılacak birkaç büyük haber yayınlayacak.Ama iki konu var, düşünmek isteyebilir.1) grafit her zaman lityum pil anot malzemesinin seçimi olmuştur, aslında, sadece enerjiyi düşünürseniz yoğunluğu, daha sonra metal kalay negatif malzeme olarak daha uygundur. Ama şimdiye kadar sony kalay elektrot pilini başlattı (Sony nexelion 14430W1) Neden böyle? 2) Lityum kobalt okside ek olarak, mevcut diğer lityum pil katot malzemesi de üçlü bir bileşik Li (NiCoMn) O2 lityum demir fosfattır (LiFePO4) ) Bununla birlikte, sıkıştırma yoğunluğu nedenleriyle, bu malzemelerin kullanımı nedeniyle, pilin kapasitesi kobalt lityum pil değildir. İnsanlar neden çok çalışıyor?
Kaynak: Meeyou Carbide

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

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