化学电池的最高理论能量密度是多少？

23

这更多是一个物理/化学/纳米技术的问题，但是，如果您能够以任何想要的方式排列原子，那么从化学电池（或燃料电池）中获得的理论最佳能量密度是多少？我正在考虑中描述的纳米技术电池钻石时代》中。与目前的技术相比如何？

这特别是关于化学电池，它可以在充电状态下逐个原子地构建，而不是核，反物质，CAM或其他更奇特的技术。

energy storage battery-chemistry

— 内含物
source

1

根据您的理论要求，抗物质电池将是理论上最高的电池，我相信当它与物质发生反应时，您将获得从质量到能量的完美转换或接近完美的转换。

— 标记

1

反物质反应算作化学反应吗？

— endolith

4

@sybreon：学科是由纯洁安排的。

— 尼克T 2010年

3

尽管作为该问题的副本而关闭，但AAA（或AA）电池可容纳的千瓦时数是否有限制？有答案（例如，这是关于能量密度而不是重量的话题，这些答案似乎集中在这些方面。）

— Mark Booth，

2

据我了解，钒硼化物-空气电池的理论能量密度约为27kwh / L，我忘记了以kwh / kg计算的能量密度，但汽油仅为10kwh / L。据我所知，它是不可充电的。27kwh / L在最小的空间内使裤子脱颖而出，从而获得最大的能量。重量方面（kwh / kg），我认为胜利者是锂空气。

— 山姆

16

我不知道这个问题的实际答案，但是我知道答案的最低限度，并且是找出真正答案的一种方法。

电池科学家有一个度量，称为最大理论比能量；您可以在Robert Huggins的“高级电池”中阅读有关定义的信息。目前，您可以购买的能量密度最高的电池是锂离子电池，其容量在100-200 Wh / kg范围内。我不知道最好的电池是什么，但是在本书的后面，哈金斯展示了表明Li / CuCl _2的计算电池的MTSE为1166.4 Wh / kg。（是当前电池容量的5倍！）

我们知道，最高MTSE至少为1166.4 Wh / kg；您可以使用他的方法为其他化学计算相同的值，但搜索空间很大。

我还在互联网上看到过分别提到MTSE为2815和5200 Wh / kg的Li / O ₂和Al / O ₂电池的信息。不确定这些参考文献的可信度。后来的参考文献，例如2008年《电化学学会杂志》上的文章，表明Li / O ₂电池的MTSE 约为1400 Wh / kg。

— 扫一扫
source

5

似乎像呼吸空气的电池那样，通过在电池外部使用某种东西来帮助存储能量（空气中的氧气）而不计算其质量，就在欺骗能量密度计算吗？它们变得比汽车的发动机更像油箱。

— Matt B.

@MattB .：是的，这是一种作弊，但不是。我很高兴提到它，因为我没有想到它。

— endlith 2011年

“在各种金属-空气电池化学对中（表1），锂空气电池最具吸引力，因为根据4Li + O2→2Li2O，锂和氧之间的电池放电反应产生Li2O，具有开路电压为2.91 V，理论比能量为5210 Wh / kg。实际上，电池中没有储存氧气，除氧气之外的理论比能量为11140 Wh / kg（40.1 MJ / kg）。汽油为44 MJ / kg（请参阅汽油能量含量）。” en.wikipedia.org/wiki/Lithium_air_battery

— endolith

如果您的单元格较小但燃料较多，则可以实现较高的结合力。

— user3528438

还请记住第一个燃料电池运行的是什么，直到今天仍是最简单，密度最高的燃料电池燃料。

— user3528438

4

如果我们要扩大“电池”的含义，是指某种基于化学反应（通过魔术手段）发电的设备，则100％的有效上限将是反应的化学焓。

理论上的“糖+空气”电池的计算：

葡萄糖的标准燃烧焓：-2805 kJ / mol（我认为这是分解成标准元素的捷径吗？）
2805 kJ / mol / 180 g / mol = 4328 W·h / kg

不知道化学上最稠密的化合物是什么，但是您可以将其插入其中。

核动力电池可能更神奇，E =mc²：

1千克×c²= 2.5×10 ** 13 W·h

— 尼克·T
source

这些其他化学物质必须是神奇的，因为它们不会直接将电子推过金属吗？

— endlith 2010年

1

主要是因为它们不是电化学电池，所以能量到电能的转换必须以其他方式发生（例如发电厂或发电厂。）

— Nick T

糖+空气？为什么不说C4 +空气？

— 凯文·维米尔

3

C4（或反正TNT）的能量密度低于糖。 en.wikipedia.org/wiki/Energy_density

— Matt B.

或碳-空气，氢含量少。使用钻石作为碳？纯C12钻石，重量轻？:)

— wbeaty

2

当前最先进的锂/硫电池约为350 Wh / kg。因此，并非像许多所列化学一样获得tain。

这是一些详细信息：https : //en.wikipedia.org/wiki/Lithium-sulfur_battery

— 格伦
source

1

没有数学吗？没有引文吗？

— BORT

1

@Glenn标记系统似乎已经破坏了您的链接。您想再试一次吗？最好将其编辑为您的答案。

— 亚龙

做完了请原谅我。我是这个委员会的新手。

— Glenn

0

燃料电池的电池能量密度将高于电池，但功率密度较低。另一方面，电容器将具有较高的功率密度而较低的能量密度。

考虑这些理论值

能量密度=电压x容量

功率密度=电压x电流

容量=法拉第常数x＃传输的电子（例如：锂离子电池为1）x 1 / MW

电流取决于容量和放电速率。例如，在C / 2速率下，您将在2小时内完全放电，因此，如果总容量为100 mAh / g，则1g的电流将为50 mA。假设我们有一个2V电池，那么1g的功率将为100mW。（同样，该电池的能量密度为200 mWh / g）

电压= E0阴极-E0阳极，E0 =-增量G（如自由吉布斯能量）/（#charges x Faraday const）

在最普遍的情况下，您在阳极上还原了金属离子（包括锂离子），E0anode是金属的还原电位，请参见此处：http : //en.wikipedia.org/wiki/Standard_electrode_potential_%28data_page% 29

例如：Li + + e-与Li（s）处于平衡状态E0 = -3.0401 V

— 质疑的家伙
source