鉅大LARGE | 點擊量:1026次 | 2019年05月07日
鋰離子電池的基本原理介紹
1.如何選擇能量的載體
首先大家會問,為什么選擇鋰元素作為能量載體?
好吧,雖然我們不想去回顧化學的知識,可是這個問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?!實在不記得,我們就花一分鐘來看看下面的表吧。
要想成為好的能量載體,就要以盡可能小的體積和重量,存儲和搬運更多的能量。
因此,需要滿足下面幾個基本條件:
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1)原子相對質量要小
2)得失電子能力要強
3)電子轉移比例要高
基于這3項基本原則,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個元素。氫元素是自然界最好的能量載體,所以氫燃料電池的研究一直方興未艾,代表了電池領域一個非常有前途的方向。當然,如果核裂變技術在未來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電池將會有廣闊的發展空間。
接下來就是鋰了,選擇鋰元素來做電池,是基于地球當前的所有元素中,我們能夠找到的相對優解(鈹的儲量太少了,是稀有金屬中的稀有金屬)。氫燃料電池與鋰離子電池的技術路線之爭,在電動汽車領域打的如火如荼,大概就是因為這兩種元素,是我們目前能夠找到的比較好的能量載體。當然,這里面還牽涉到很多的商業利益,甚至政治博弈,這些不是本文要討論的范疇。
順便說一下,自然界中已經存在的,并為人類廣泛使用的能源,比如石油、天然氣、煤炭等,其主要成分也是碳、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,還是人類的“設計”,最終都是殊途同歸的。
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