Теоретически максимальная емкость батареи на ед массы

[Mirage_Pick]

Типичные свинцовые батареи могут хранить $50\text{-}100\,\text{Вт}\cdot\text{ч}/\text{кг}$
На рынке сейчас доступны литий-ионные батареи, которые могут хранить $260\text{-}270\,\text{Вт}\cdot\text{ч}/\text{кг}$

Есть соображение, что замена графитовых анодов батарей на кремниевые может привести к десятикратному увеличению емкости на единицу массы, которое в теории достижимо максимизацией поверхности контакта ионов лития и кремния путем нанесения атомов кремния на металлические наночастицы. Разумеется, с ростом емкости возникают проблемы циклов гигантского расширения и сокращения: топорная реализация этой идеи приводит к тому, что батарея трескается и ломается.

Но если закрыть глаза на проблему изменения объема, каково теоретически максимально возможное количество энергии, приходящееся на единицу массы (литий-ионных) батарей? Является ли десятикратное увеличение емкости максимумом, на который человечество может надеяться?

[DimaM]

Как-то так:

Вложение:

Theoretical-Energy-densities-of-battery-chemical-couples.png [ 49.16 Кб | Просмотров: 0 ]

Максимум, естественно, в открытом цикле (литий-воздушные). Теоретический вопрос - как учитывать массу подложки, корпуса и т.п.

[wrest]

У меня в голове застряло, что первичные алюминий-воздушные батареи по теоретической емкости примерно как бензин, типа на килограмме алюминия можно проехать как на килограмме бензина (возможно, это уже с учетом кпд двс и кпд батареи). Что за ними будущее и т.п., но прошло много лет а настоящее не за ними.

[Osmiy]

wrest в сообщении #1577165 писал(а):

Что за ними будущее и т.п., но прошло много лет а настоящее не за ними.

Прошло еще мало лет. Сначала должен закончится уголь.

[DimaM]

wrest в сообщении #1577165 писал(а):

но прошло много лет а настоящее не за ними

Насколько я знаю, у металл-воздушных пока что с перезарядкой все плохо. Единственный вменяемый способ - выгрузить наработанный оксид/гидроксид и загрузить свежую порцию металла, то есть работа в режиме топливного элемента.

[zykov]

Можно прикинуть по ёмкости конденсатора - если проводящие пленки большой площади разделены плёнкой диэлектрика (можно всё это в рулон скатать).
Там энергия - это объёмная энергия электрического поля.
Лимит - максимальное поле пробоя.

В химическом почти тоже самое. Там тоже энергия в виде электрического поля. Лимит тоже прочностью связей электронов определяется.

Вобщем плотность энергии определяется связью электронов с ядрами.
Большая плотность только при переходе к ядерной энергии.

[DimaM]

zykov в сообщении #1577194 писал(а):

В химическом почти тоже самое. Там тоже энергия в виде электрического поля. Лимит тоже прочностью связей электронов определяется.

Так и в бензине та же фигня.
Только кпд топливных элементов выше раза в два-три. Но бензин они [пока] кушать не умеют .

[wrest]

DimaM в сообщении #1577192 писал(а):

Насколько я знаю, у металл-воздушных пока что с перезарядкой все плохо. Единственный вменяемый способ - выгрузить наработанный оксид/гидроксид и загрузить свежую порцию металла, то есть работа в режиме топливного элемента.

Да, именно так. Это первич6ый источник, не перезаряжаемый.
Но алюминий в этом плане удобен. Он безопасен и продукты безопасны. Оксид это глина... Гидроксид в зубные пасты сыпят к качестве абразива. Литий же (и водород) -- горючие. Литий, к тому же, дорогой.

[zykov]

DimaM
Да, там тоже.
Тут важнее смотреть на плотность энергии по объёму, а не массе.
Массу даёт масса ядер, а объём просто от электронов.

Для конденсатора объёмная плотность энергии возникает из плотности электрической энергии при максимальном поле до пробоя.
Объёмная плотность химической энергиии того же порядка.
Где-то слышал, что объёмная плотность энергии в современных аккумуляторах сравнима с плотностью энергии в ручной гранате.

[wrest]

zykov в сообщении #1577216 писал(а):

Тут важнее смотреть на плотность энергии по объёму, а не массе.

Масса важнее ибо $F=ma$ и $P=mv$
Уже вот есть обеспокоенность массой: https://www.autoblog.com/2023/01/11/nts ... e-crashes/

[DimaM]

zykov в сообщении #1577216 писал(а):

Объёмная плотность химической энергиии того же порядка.

Заметно больше, ибо внутриатомные поля сильнее.

zykov в сообщении #1577216 писал(а):

Где-то слышал, что объёмная плотность энергии в современных аккумуляторах сравнима с плотностью энергии в ручной гранате.

Так в гранате плотность энергии на порядок меньше, чем в бензобаке (потому что окислитель необходимо тут же держать).

wrest в сообщении #1577196 писал(а):

Это первичный источник, не перезаряжаемый.
Но алюминий в этом плане удобен.

Не слишком. Залить бензин гораздо быстрее и проще.

[wrest]

DimaM в сообщении #1577329 писал(а):

Не слишком. Залить бензин гораздо быстрее и проще.

Я имел в виду, в сравнении с литием и водородом (а не бензином).

[Michel_Burbakin]

А про электриды что-нибудь знаете?
Вроде бы должны быть на порядки лучше лития, и гос.поддержка поиска новых электридов объявлена.
Как вы думаете, насколько аккумуляторы на электридах превзойдут литиевые?

[DimaM]

Michel_Burbakin в сообщении #1578548 писал(а):

А про электриды что-нибудь знаете?

Что такое электриды?

[Michel_Burbakin]

DimaM в сообщении #1578550 писал(а):

Что такое электриды?

Электриды - класс химических соединений, имеющие в составе "электрон-анион" - получается изолированный электрон в роли иона.
Чем не замена литию?
Масса/подвижность/... - намного лучше чем у лития.