화학 배터리의 이론상 가장 높은 에너지 밀도는 얼마입니까?

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이것은 물리 / 화학 / 나노텍에 관한 질문이지만, 원하는 방식으로 원자를 배열 할 수 있다면 화학 전지 (또는 연료 전지)에서 얻을 수있는 이론적 최고의 에너지 밀도는 무엇입니까? Diamond Age에 설명 된 나노 테크 배터리를 생각하고 있습니다. 현재 기술과 어떻게 비교됩니까?

원자력, 반물질, CAM 또는 기타 이국적인 기술이 아니라 충전 된 상태에서 원자 단위로 제작 될 수있는 화학 배터리 에 관한 것 입니다.

energy storage battery-chemistry

— 내배엽
소스

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당신이 원하는 이론적 방법에 따라, 반물질 배터리는 그것이 물질과 반응 할 때 질량에서 에너지로 완벽하거나 거의 완벽한 변환을 얻는 것처럼 이론적으로 가장 높을 것입니다.

— Mark

1

반물질 문제는 화학 반응으로 간주됩니까?

— endolith

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@sybreon : 순도에 따라 정렬 된 규칙.

— Nick T

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이 질문의 사본으로 폐쇄되었지만 AAA (또는 AA) 배터리가 보유 할 수있는 킬로와트시 수에는 제한이 있습니까? 같은 답변 (이 이것 . 이러한 답변에 집중하는 것보다는 무게에 비해 부피와 관련된 에너지 밀도에 대한 이야기

— 마크 부스

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내가 이해하는 바와 같이, Vanadium-Boride-Air 배터리는 27kwh / liter 정도의 이론적 인 에너지 밀도를 가지고 있으며, kwh / kg 단위로 작동하는 것을 잊었지만 가솔린은 ~ 10kwh / L에 불과합니다. 내가 아는 한 충전식은 아닙니다. 27kwh / L은 최소한의 공간에서 최대한의 에너지를 얻기 위해 모든 것을 뛰어 넘습니다. 무게는 (kwh / kg)이지만 승자는 리튬 공기라고 생각합니다.

— Sam

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나는이 질문에 대한 실제 대답을 모르지만 대답의 상한선과 실제 답을 알아내는 수단을 알고 있습니다.

배터리 과학자는 이론상 최대 에너지라고하는 메트릭을 가지고 있습니다. Robert Huggins의 Advanced Batteries 정의에 대해 읽을 수 있습니다 . 현재 구입할 수있는 가장 에너지 밀도가 높은 배터리는 리튬 이온이며 100-200 Wh / kg 범위입니다. 나는 최고의 배터리가 무엇인지 모르지만 나중에 책 에서 Huggins는 Li / CuCl ₂ 셀의 MTSE가 1166.4 Wh / kg 임을 나타내는 계산을 보여줍니다 . (현재 배터리 용량의 5 배!)

우리는 가장 높은 MTSE가 적어도 1166.4 Wh / kg임을 알고있다. 그의 방법을 사용하여 다른 화학 물질에 대해 동일한 값을 계산할 수 있지만 검색 공간은 상당히 큽니다.

또한 인터넷에서 MTSE가 2815와 5200 Wh / kg 인 Li / O ₂ 및 Al / O ₂ 배터리 에 대한 언급을 보았습니다 . 그 참조가 얼마나 신뢰할 만한지 잘 모르겠습니다. 이후 전기 화학 학회지 의이 2008 기사 와 같이 Li / O ₂ 전지 의 MTSE 는 약 1400 Wh / kg 임을 암시합니다 .

— 핑 스윕
소스

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공기를 흡입하는 배터리는 배터리 외부의 무언가를 사용하여 에너지를 계산하지 않고 에너지 (공기 중 O2)를 저장하여 일종의 에너지 밀도 계산을 속이는 것 같습니다. 그들은 연료 탱크보다 자동차 엔진과 더 유사 해집니다.

— Matt B.

@MattB .: 예, 속임수이지만 그렇지 않습니다. 나는 그것을 생각하지 않았기 때문에 언급되어 기쁘다.

— endolith

"다양한 금속-공기 배터리 화학 커플 (표 1) 중에서 Li- 공기 배터리는 Li와 산소 사이의 셀 방전 반응이 Li2O를 생성하기 위해 Li2O를 생성하기 때문에 가장 매력적이다. 4Li + O2 → 2Li2O는 개방 회로를 갖는다 2.91V의 전압과 5210Wh / kg의 이론상 비 에너지를 실제로 사용합니다. 실제로 산소는 배터리에 저장되지 않으며 산소를 제외한 이론상 비 에너지 는 11140Wh / kg (40.1MJ / kg)입니다. 가솔린의 경우 44MJ / kg (휘발유 에너지 함량 참조) " en.wikipedia.org/wiki/Lithium_air_battery

— endolith

셀이 작지만 연료가 많으면 상단 결합을 달성 할 수 있습니다.

— user3528438

또한 오늘날까지 연료 전지에 가장 쉽고 밀도가 높은 첫 번째 연료 전지가 작동하는 것을 기억하십시오.

— user3528438

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우리가 " 마 법적 수단을 통해"화학 반응에 기초하여 전기를 생성하는 일종의 장치를 의미하기 위해 "배터리"를 넓히고 싶다면 , 100 % 효율 상한은 반응의 화학 엔탈피 일 것이다.

이론적 인 "설탕 + 공기"배터리 계산 :

포도당 연소의 표준 엔탈피 : -2805 kJ / mol (표준 요소로 분해하는 것 이상의 지름길이라고 생각합니까?)
2805 kJ / mol / 180 g / mol = 4328 W · h / kg

가장 화학적으로 밀도가 높은 화합물이 무엇인지 확실하지 않지만 그냥 연결할 수 있습니다.

원자력 전지는 훨씬 더 마법적일 수있다. E = mc² :

1 kg × c² = 2.5 × 10 ** 13 W · h

— 닉 T
소스

이 다른 화학은 금속을 통해 전자를 직접적으로 밀어 내지 않기 때문에 마법이되어야합니까?

— endolith

1

대부분 전기 화학 전지가 아니기 때문에 에너지에서 전기로의 변환은 다른 방식 (예 : 발전소 또는 발전소 ) 에서 발생해야합니다 .

— Nick T

설탕 + 공기? C4 + 공기는 어떻습니까?

— Kevin Vermeer

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C4 (또는 TNT)는 설탕보다 에너지 밀도가 낮습니다. en.wikipedia.org/wiki/Energy_density

— Matt B.

또는 수소가 덜 포함 된 탄소-공기. 다이아몬드를 탄소로 사용 하시겠습니까? 가벼운 무게의 순수한 C12 다이아몬드? :)

— wbeaty 2016 년

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최신 리튬 / 황 배터리의 현재 상태는 약 350 Wh / kg이다. 따라서 열거 된 많은 화학 물질과 마찬가지로 운테 벤튬이 아닙니다.

자세한 정보는 다음과 같습니다. https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-sulfur_battery

— 글렌
소스

1

수학이 없습니까? 인용이 없습니까?

— Bord

1

@Glenn 마크 업 시스템이 링크를 손상시킨 것 같습니다. 다시 시도 하시겠습니까? 바람직하게는 답변으로 편집하십시오.

— AaronD

끝난. 용서해주세요 저는이 게시판을 처음 사용합니다.

— Glenn

0

연료 전지는 배터리보다 에너지 밀도가 높지만 전력 밀도는 낮습니다. 반면에 커패시터는 전력 밀도는 높지만 에너지 밀도는 낮습니다.

이러한 이론적 가치를 고려하십시오

에너지 밀도 = 전압 x 용량

전력 밀도 = 전압 x 전류

용량 = 패러데이 구성 x x 전송 된 전자 (예 : 리튬 이온 배터리의 경우 1) x 1 / MW

전류는 용량과 방전 속도에 따라 다릅니다. 예를 들어 C / 2 속도로 2 시간 내에 완전히 방전되므로 총 용량이 100mAh / g 인 경우 전류는 1g 동안 50mA가됩니다. 2V 배터리가 있다고 가정하면 1g 동안 전력은 100mW입니다. (또한이 배터리의 에너지 밀도는 200mWh / g입니다)

전압 = E0cathode-E0anode, E0 =-delta G (Free Gibbs Energy에서와 같이) / (#charges x Faraday const)

양극에서 금속 이온이 감소 된 가장 일반적인 경우 (Li-ion 포함) 양극은 금속의 환원 전위입니다. 여기를 참조하십시오 : http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_electrode_potential_%28data_page% 29

예를 들어 : Li + + e-는 Li (s) E0 = -3.0401V와 평형을 이룬다

— 가이
소스