為什么電池的能量密度很難超過燃料？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-19 20:36
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根據(jù)上述解釋，我們可以知道電池的能量密度很難超過燃料，但似乎能夠達(dá)到燃料的一半到四分之一的水平。然而，實(shí)際上，電池的能量密度通常小于燃料的1%。如果你不相信，請(qǐng)閱讀資料。
能量密度比較：
汽油：46.4MJ/kg鋰43.1MJ/kg鋰電池（無法充電）1.8MJ/kg鋰離子電池0.36~0.875MJ/kg
事實(shí)上，汽油和鋰的能量密度并不高。主要原因是電子從碳到氧的轉(zhuǎn)移功不夠大（共價(jià)鍵能差），而是從鋰電池轉(zhuǎn)移到鋰電池。鋰離子電池怎么了？
原因顯而易見。鋰或鋰離子電池不僅含有鋰金屬，還含有其他水產(chǎn)品。
m=0.3*ah。將電池容量乘以30%計(jì)算電池中的鋰含量（g）
著名的18650（手機(jī)筆記本特斯拉）電池，重量約42g，標(biāo)稱容量約2200mah，鋰含量為2200/1000*0.3=0.66g，約占總重量的1.5%。
我懂了！所以我們只需要增加電池的鋰含量來提高能量密度！??！
就這么簡(jiǎn)單。讓我們先看看鋰電池除了鋰之外還有什么。
一般來說，電池的四個(gè)組成部分是非常重要的：正極（放電為陰極）、負(fù)極（放電為陽極）、電解液和隔膜。正負(fù)極是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的地方，其重要地位是可以理解的。但是電解質(zhì)有什么用呢？不工作仍然會(huì)占去很多重量。
上圖很好的展示了電池的充放電過程。這里我們討論放電：在電池內(nèi)部，鋰金屬在負(fù)極中失去電子并被氧化成鋰離子，通過電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到正極，從正極材料獲得的電子被正極中的鋰離子還原并中和。電解質(zhì)的理想功能是只運(yùn)輸鋰離子。在電池外部，電子通過外部電路從負(fù)極傳遞到正極，中間工作。理想情況下，電解液應(yīng)該是鋰離子的良好載體，但它永遠(yuǎn)不是一個(gè)好的電子載體。因此，當(dāng)沒有外部電路時(shí)，電子不能在電池內(nèi)部從負(fù)極轉(zhuǎn)移到正極；只有當(dāng)有外部電路時(shí)，才能進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移。
你并不意味著“在能量載體中所涉及的特定化學(xué)過程是不斷變化的，但總是可以歸結(jié)為氧化還原反應(yīng)”，“氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子從還原劑到氧化劑的轉(zhuǎn)移”。汽油車有電解液?jiǎn)?？但是汽油燃燒也有電子轉(zhuǎn)移，為什么不能發(fā)電呢？
是的，燃燒不可避免地涉及電子轉(zhuǎn)移。燃燒電子轉(zhuǎn)移和電池電子轉(zhuǎn)移的根本區(qū)別是什么？
是否有序。
在微觀范疇內(nèi)，燃燒的電子傳遞是完全無序和不可控制的。我們無法預(yù)測(cè)燃料和氧分子將朝哪個(gè)方向移動(dòng)，下一刻它們將以多快的速度移動(dòng)，或者燃料上的電子將朝哪個(gè)氧分子的方向移動(dòng)。分子以10^20-23的功率隨機(jī)運(yùn)動(dòng)和更多電子的隨機(jī)轉(zhuǎn)移導(dǎo)致無序的能量釋放，或者簡(jiǎn)單地說是熱釋放。
電池更容易處理。雖然我們還不知道電池中每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)軌跡，但至少可以知道：鋰金屬只會(huì)失去負(fù)極材料表面的電子，變成鋰離子；鋰離子會(huì)從負(fù)極開始，最終到達(dá)正極。電子只從負(fù)極材料的表面向高電位的正極移動(dòng)。電子以10^20-23的功率協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，我們稱之為宏觀電流。
讓我們總結(jié)一下。為了有序地放電和轉(zhuǎn)移電子，電池必須攜帶無能量的電解質(zhì)和輔助材料，這進(jìn)一步降低了它們的能量密度。
