原因很明显。锂或者锂离子电池里面不光是金属锂,还有别的水货。
m=0.3*Ah.把电池容量(安时)乘以30%就能算出电池中的锂含量(克)
对于赫赫有名的18650(手机笔记本特斯拉)电池来说,其重量在42g左右,标称容量在2200mAh左右,于是其锂含量为2200/1000*0.3=0.66g大概是总重量的1.5%。
原来如此啊!如此以来我们只要提升电池中的锂含量就能提高能量密度了!!
真要这么简单就好了。我们先来看看锂电池除了锂还有啥。
一般而言电池的四个部件非常关键正极(放电为阴极)负极(放电为阳极),电解质,膈膜。正负极是发生化学反应的地方,重要地位可以理解。但是电解质有啥么用处??不做功还很占重量。接着看图。
上图非常好地显示了电池充放电时的过程。这里先只说放电电池内部,金属锂在负极失去电子被氧化,成为锂离子,通过电解质向正极转移;正极材料得到电子被还原,被正极过来的锂离子中和。电解质的理想作用,是运送且仅运送锂离子。电池外部,电子从负极通过外界电路转移到正极,中间进行做功。理想情况下,电解质应该是好的锂离子的载体,但绝不能是好的电子载体。因此在没有外界电路时,电子无法在电池内部从负极转移到正极;只有存在外界电路时,电子转移才能进行。
你不是说“能量载体们涉及到的具体化学过程千变万化,但总能归纳到一个氧化还原反应” “氧化还原反应的实质是电子从还原剂到氧化剂的转移”,汽油车没有电解质吧?但是汽油燃烧也有电子转移吧,咋么就不能发电呢?
是的,燃烧必然涉及电子转移,那么燃烧的电子转移与电池的电子转移根本区别在哪里??
是否有序。
燃烧的电子转移在微观范畴上完全无序也不可控。我们完全没法预测燃料与氧气分子会往哪个方向运动,下一时刻的速率如何,我们也不知道燃料上的电子会向那个方向转移到哪个氧气分子上。10^20-23次方的分子的随机运动与更多的电子的随机转移导致的结果是无序的能量释放,或者简单点说,放热。
电池相比而言就好办点。尽管我们依旧不知道电池里面的每一个分子的运动轨迹,但我们至少可以知道金属锂只会在负极材料表面失去电子成为锂离子;锂离子会从负极出发,最终到达正极。电子只会从负极材料表面出发,向着高电势的正极运动。10^20-23次方的电子的协同运动,在宏观上我们称之为,电流。
总结一下吧。为了放电,为了有序的电子转移,电池们不得不携带没有能量但是必不可少的电解质以及各种辅助材料,于是进一步降低了自身的能量密度。
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