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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 化學化工區(qū) » 電化學 » 化學電源 » 通俗講解鋰離子電池與鈉離子電池
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西哥特木蟲 (小有名氣)
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通俗講解鋰離子電池與鈉離子電池 已有5人參與
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人類進步的過程就是研究化學元素周期表的過程。電子從正極流向負極就是放點，負極流向正極就是充電。鋰離子電池最好的電量是保持20%-90%，石墨烯電池是不存在的，石墨烯是單層的石墨，1g大概是3000元，超過5層是石墨1噸大概3000元。1個氫原子只有一個電子，參與充放電的效率是100%。1個鋰有3個電子，里面的2個電子不參與反應最外層1個電子效率是33%。同樣類比鋅有33個電子只有最外層2個電子參與效率是6.7%。一個電子對應一個質(zhì)子，每個質(zhì)子都是一份實實在在的重量。所以按能量計算同等下就需要1個氫或者3個鋰或者15個鋅，鋅做電池太大太重了。按此，適合做電池的只有元素周期表前10來種。He、Ne惰性氣體跟誰都不反應，排除，氧和氟喜歡從別人那里吸收電子也不能用，而氮也確實很淡定，不喜歡和任何人發(fā)生反應，也不能用，所以綜合考慮只有這個比較合適就是鋰。 充電的時候鋰離子就從電解液里穿過絕緣層一直游到負極。在一層一層的石墨房間里等著。電子從導線過來到負極找到鋰離子，一結合又變回到鋰。放電的時候鋰離子從負極游回到正極，電子從導線回來，在正極找到鋰離子又變回成鋰。其實負極部分一層層的石墨房間還有很多位置，還可以容納很多的鋰離子，所以電池的技術改進主要在正極部分。同等質(zhì)量的汽油和鋰電池做對比的話，假設燃燒汽油產(chǎn)生的能量是100，鋰電池的能量其實只有1，這是因為鋰電池里的鋰太少了。一節(jié)標準18650電池是46克，而其中的鋰只有1克，其他的45克都是讓鋰順利的發(fā)揮作用。保護殼絕緣層電解液石墨等其他物質(zhì)，而這僅僅1克的鋰還有將近一半要留在正極和其他物質(zhì)一起搭建正極的房間，發(fā)揮作用的鋰就更少了，所以同等質(zhì)量的鋰電池的能量密度只有汽油的大概1點多，那鋰電池還有價值嗎，因為鋰電池可以反復充放電而燃油發(fā)揮一次就沒有了。 鈉離子電池，是將正極材料換成了鈉離子聚合物。鈉和鋰在元素周期表上處于同一列，都是最外層只有一個電子，易失電子的活潑金屬元素，二者的元素性質(zhì)比較接近，因而鈉離子電池的原理與鋰離子電池基本一致。那將鋰替換為鈉有什么好處呢？首先是便宜，鋰在地殼中的含量約為0.0065%，而鈉高達2.83%。鋰資源的分布不均也進一步加劇了鋰價格的風險，尤其對于鋰資源相對匱乏的中國市場。鈉作為一種及其富足的資源開始顯現(xiàn)出其優(yōu)勢。同時，鈉相較鋰多一層電子，直徑相較鋰大出了約70%，因此對電解液的濃度要求更低。在電解液中，鹽占據(jù)了絕大部分的成本，因此低濃度電解液也可以有效的降低電解液的成本。 另外，鋰離子會與鋁反應形成合金，因此鋰離子電池智能選擇銅作為負極集流體的材料。而鈉離子不會與鋁發(fā)生反應，采用鋁材質(zhì)的集流體，可以降低8%左右的成本，同時還能減重約10%。除了價格，鈉離子電池在性能上也有獨到之處。鈉離子電池沒有鋰離子電池那樣的無過放電特性，也就是說，鈉離子電池可以將電放光至0V也不受影響，而鋰離子電池過放會嚴重影響電池容量級壽命，甚至直接報廢。因此，鈉離子電池可以將電量完全放空進行安全存儲，使用上也不會像鋰離子電池那樣嬌嫩。同時，鈉離子電池還有著更強的循環(huán)壽命。 目前電池行業(yè)一般在循環(huán)充放電1000次后的比容量保持率標準約為80%，而鈉離子電池目前能做到比容量保持率高達94.6%以上的超高水準。首先無過放電特性讓鈉離子電池對放電截止電壓不再敏感，同時鈉離子電池相較鋰離子電池更加耐低溫，可以在零下38℃左右正常工作，而鋰離子電池很難支撐到零下20℃以下。鈉離子電池理論能量密度能做到200wh/kg，但實際效果尚不足120wh/kg。 |
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2樓2021-07-30 06:34:33
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3樓2021-08-08 17:31:07
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內(nèi)容相對太過主觀，一葉障目，單從質(zhì)量密度就把鋅電否認了。你怎么不說鋰鈉電池相對成熟的有機體系的易燃問題？鋰鈉電池相對較慢（較水系鋅電低2個數(shù)量級）的擴散系數(shù)所以倍率性能不好，鋰鈉金屬價格相對較高等問題呢？？ 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
4樓2021-08-09 00:38:17
5樓2021-08-30 22:55:07
一千O_o
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6樓2024-06-19 16:33:40
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