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对于大多数物质,电子转移比例都很低,原因前面提到过。由此可见只有在元素周期表的前两行的轻原子有可能成为好的能量载体。前两行元素只有10个,氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖。其中氦与氖都是惰性气体,排除。氧与氟都是氧化剂,排除。氮大多数情况下都是准惰性气体,如果不是惰性气体要么毒死人要么熏死人,排除。所以我们还剩下5个元素,氢(100%),碳(66%),硼(60%),铍(50%),锂(33%)。
再进一步说,如果我们把一个原子当成电池的负极。那么这个半电池的能量密度(质量单位)可以用电子转移数与原子量来估算。如此一来,上面的比例将更为悬殊。还以氢作为基准:
碳(4/12 33%) 硼(3/10.8 28%), 铍(2/9,22%) 锂(1/7,14%)
大家很容易发现,最适合担任能量载体的两种元素分别是碳和氢,碳氢化合物,实际上就是我们生活中常见的汽油柴油煤油天然气等燃料。汽车选择这些高能量载体作为能量来源,已经是自然中的较优解了。电池跟各种碳氢化合物相比,可以说是天生不足。
除了先天不足,电池还有四大问题,又进一步降低了他的能量密度。
一、摆脱不掉的电解液
根据上面的解释,我们可以知道,电池很难在能量密度上超过燃料,不过似乎也能达到燃料的一半到1/4的水平。然而现实中电池的能量密度往往只有燃料的1%不到。不信请看数据。
能量密度比较——汽油:46.4MJ/Kg;锂 43.1MJ/Kg;锂电池(不能充电)1.8MJ/Kg;锂离子电池0.36~0.875MJ/Kg。
其实汽油与锂的能量密度还真没差多大。但从锂到锂电池再到锂离子电池,这中间究竟发生了什么??
原因很明显,锂或者锂离子电池里面不光是金属锂,还有别的水货。
我查到了这么一个估算电池里面锂含量的公式:m=0.3*Ah.用人话说,把电池容量(安时)乘以30%就能算出电池中的锂含量(克)。
对于赫赫有名的18650(手机、笔记本、特斯拉都在用)电池来说,其重量在42g左右,标称容量在2200mAh左右,于是其锂含量为2200/1000*0.3=0.66g,大概是总重量的1.5%。
原来如此啊!如此一来我们只要提升电池中的锂含量就能提高能量密度了。
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