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三:电池的大问题之二,负极表面材料
如果你能坚持每行读下来一直读到这里,恭喜,你对电池的理解已经上了一个层次。
现在回顾上一部分的内容。由于不做功但是必不可少的电解质以及其他辅助材料的存在,电池的能量密度被稀释了。
这些额外重量到底有多少??
电解质的重量一般占电池全重15%(链接找不到了)隔膜没查到。估计把外壳,外接电极之类的辅助材料都算上,总重应该不超过电池总重的50%。
不对啊,电池虽然掺‘水’了,但也不至于水得如此啊。市面上的锂离子电池们的能量密度也就单质锂的1%左右。这到底又发生了什么?(这句式为何这么熟悉呢?)
让我们看看最常见的钴酸锂电池(Tesla Roadster)的电化学反应式。
发生电子转移的其实只是一部分锂与钴,其它的元素均不参与电子转移。
然后我们做个小计算:单质锂的原子量为6.9,能贡献1个电子参与电子转移。氧化剂来自空气,不需要考虑。
钴酸锂电池的电池反应的反应物总分子量为98+72=170,但只能贡献半个电子参与电子转移。因为只有部分锂原子会发生反应。
假如我们认为这两个电子的做功是一致的,那么就可以估计一下这两种能量载体的能量密度之比了。
电池能量密度:燃料能量密度=(0.5/170)/(1/6.9)=2.03%电池完败。
考虑到电池有一半重量是辅助材料,我刚才没算进去。于是还得打个折。就剩下1%了。
所以能量密度就成了这样:锂43.1MJ/Kg锂离子电池0.36~0.875MJ/Kg
现在你们是否明白我为啥说:电池背后的化学限制了电池的能量密度。
接下来我们的问题是:为什么电池的化学反应要那么复杂,直接降低了电池的能量密度。
这个问题展开说会比较复杂,估计大部分人没耐心看完。所以先给个简单答案:
为了有序。
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