钜大LARGE | 点击量:1021次 | 2019年05月07日
锂离子电池的基本原理介绍
1.如何选择能量的载体
首先大家会问,为什么选择锂元素作为能量载体?
好吧,虽然我们不想去回顾化学的知识,可是这个问题必须得去元素周期表找答案,好在,大家总还记得元素周期表吧?!实在不记得,我们就花一分钟来看看下面的表吧。
要想成为好的能量载体,就要以尽可能小的体积和重量,存储和搬运更多的能量。
因此,需要满足下面几个基本条件:
充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
1)原子相对质量要小
2)得失电子能力要强
3)电子转移比例要高
基于这3项基本原则,元素周期表上面的元素比下面的元素要好,左边的元素比右边的元素要好。初步筛选,我们只能在元素周期表的第一周期和第二周期里面去找材料:氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖。排除惰性气体和氧化剂,只剩下氢、锂、铍、硼、碳,这5个元素。氢元素是自然界最好的能量载体,所以氢燃料电池的研究一直方兴未艾,代表了电池领域一个非常有前途的方向。当然,如果核裂变技术在未来几十年能够取得重大突破,可以做到小型化甚至微型化,那么便携式的核燃料电池将会有广阔的发展空间。
接下来就是锂了,选择锂元素来做电池,是基于地球当前的所有元素中,我们能够找到的相对优解(铍的储量太少了,是稀有金属中的稀有金属)。氢燃料电池与锂离子电池的技术路线之争,在电动汽车领域打的如火如荼,大概就是因为这两种元素,是我们目前能够找到的比较好的能量载体。当然,这里面还牵涉到很多的商业利益,甚至政治博弈,这些不是本文要讨论的范畴。
顺便说一下,自然界中已经存在的,并为人类广泛使用的能源,比如石油、天然气、煤炭等,其主要成分也是碳、氢、氧等元素(在元素周期表的第一周期和第二周期)。所以不管是自然的选择,还是人类的“设计”,最终都是殊途同归的。
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