Это больше вопрос физики / химии / нанотехнологий, но какова теоретическая лучшая плотность энергии, которую вы могли бы получить из химической батареи (или топливного элемента), если бы вы могли расположить атомы любым желаемым образом? Я имею в виду нанотехнологические батареи, описанные в Алмазном веке . Как это соотносится с современными технологиями?
Речь идет конкретно о химических батареях, которые можно построить атом за атомом в заряженном состоянии, а не ядерных, антивещественных, CAM или других более экзотических технологий.
energy
storage
battery-chemistry
эндолиты
источник
источник
Ответы:
Я не знаю фактического ответа на этот вопрос, но я знаю наименьшую верхнюю границу для ответа и способ выяснения реального ответа.
У учёных-батареек есть метрика, называемая максимальной теоретической удельной энергией; Вы можете прочитать об определении в Advanced батареи от Роберта Хаггинса . В настоящее время наиболее энергоемкими батареями, которые вы можете купить, являются литий-ионные, которые находятся в диапазоне 100-200 Вт / кг. Я не знаю, какая батарея лучше, но позже в книге Хаггинс показывает расчеты, которые показывают, что у элементов Li / CuCl 2 MTSE составляет 1166,4 Вт / кг. (5-кратная емкость существующих батарей!)
Мы знаем, что самый высокий MTSE составляет не менее 1166,4 Вт / кг; Вы можете использовать его метод для расчета того же значения для других химий, но пространство поиска довольно велико.
Я также видел ссылки в Интернете на Li / O 2 и Al / O 2 батареи с MTSE 2815 и 5200 Вт / кг соответственно. Не уверен, насколько достоверны эти ссылки. Более поздние ссылки, такие как эта статья 2008 года в журнале «Электрохимическое общество», предполагают, что MTSE для элемента Li / O 2 составляет около 1400 Вт / кг.
источник
Если мы хотим расширить «батарею», чтобы обозначить какое-то устройство, которое генерирует электричество на основе химической реакции (с помощью магических средств), верхний предел эффективности 100% будет химической энтальпией реакции.
Расчеты для теоретической батареи "сахар + воздух":
Не уверен, что это химически плотное соединение, но вы можете просто подключить его к этому.
Ядерные батареи могут быть еще более волшебными, E = mc²:
источник
Современное состояние литиево-серных батарей составляет около 350 Вт / кг. И поэтому не unobtainium, как многие из перечисленных химии.
Вот некоторая подробная информация: https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-sulphur_battery
источник
Топливные элементы будут иметь более высокую плотность энергии, чем батареи, но более низкую плотность мощности. с другой стороны, конденсаторы будут иметь более высокую плотность мощности, но более низкую плотность энергии.
Рассмотрим эти теоретические значения
плотность энергии = напряжение х емкость
плотность мощности = напряжение х ток
мощность = постоянная Фарадея x # переданных электронов (например: 1 для литий-ионных батарей) x 1 / МВт
ток зависит от емкости и скорости разряда. Например, при скорости C / 2 вы полностью разрядитесь через 2 часа, поэтому, если общая емкость составляет 100 мАч / г, то ток составит 50 мА для 1 г. Допустим, у нас батарея 2 В, тогда мощность составит 100 мВт за 1 г. (также плотность энергии этой батареи будет 200 мВтч / г)
напряжение = E0катод - E0anode, E0 = - дельта G (как в свободной энергии Гиббса) / (# заряды x постоянная Фарадея)
в наиболее распространенном случае, когда у вас происходит восстановление иона металла на аноде (включая Li-ion), E0anode - это потенциал восстановления металла, см. здесь: http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_electrode_potential_%28data_page% 29
например: Li + + e- находится в равновесии с Li (s) E0 = -3,0401 В
источник