鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:731次 | 2020年11月03日
鋰離子電池的基本原理
1.如何選擇能量的載體
首先大家會(huì)問(wèn),為何選擇鋰元素作為能量載體?
好吧,雖然我們不想去回顧化學(xué)的知識(shí),可是這個(gè)問(wèn)題必須得去元素周期表找答案,好在,大家總還記得元素周期表吧?!實(shí)在不記得,我們就花一分鐘來(lái)看看下面的表吧。
要想成為好的能量載體,就要以盡可能小的體積和重量,存儲(chǔ)和搬運(yùn)更多的能量。因此,要滿足下面幾個(gè)基本條件:
1)原子相對(duì)質(zhì)量要小
2)得失電子能力要強(qiáng)
3)電子轉(zhuǎn)移比例要高
基于這3項(xiàng)基本原則,元素周期表上面的元素比下面的元素要好,左邊的元素比右邊的元素要好。初步篩選,我們只能在元素周期表的第一周期和第二周期里面去找材料:氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖。排除惰性氣體和氧化劑,只剩下氫、鋰、鈹、硼、碳,這5個(gè)元素。
氫元素是自然界最好的能量載體,所以氫燃料動(dòng)力電池的研究一直方興未艾,代表了電池領(lǐng)域一個(gè)非常有前途的方向。當(dāng)然,假如核裂變技術(shù)在未來(lái)幾十年能夠取得重大突破,可以做到小型化甚至微型化,那么便攜式的核燃料動(dòng)力電池將會(huì)有廣闊的發(fā)展空間。
接下來(lái)就是鋰了,選擇鋰元素來(lái)做電池,是基于地球當(dāng)前的所有元素中,我們能夠找到的相對(duì)優(yōu)解(鈹?shù)膬?chǔ)量太少了,是稀有金屬中的稀有金屬)。氫燃料動(dòng)力電池與鋰離子電池的技術(shù)路線之爭(zhēng),在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域打的如火如荼,大概就是因?yàn)檫@兩種元素,是我們目前能夠找到的比較好的能量載體。當(dāng)然,這里面還牽涉到很多的商業(yè)利益,甚至政治博弈,這些不是本文要討論的范疇。
順便說(shuō)一下,自然界中已經(jīng)存在的,并為人類(lèi)廣泛使用的能源,比如石油、天然氣、煤炭等,其重要成分也是碳、氫、氧等元素(在元素周期表的第一周期和第二周期)。所以不管是自然的選擇,還是人類(lèi)的設(shè)計(jì),最終都是殊途同歸的。
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