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西哥特木蟲(chóng) (小有名氣)
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[交流]
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(jìn)步的過(guò)程就是研究化學(xué)元素周期表的過(guò)程。電子從正極流向負(fù)極就是放點(diǎn)，負(fù)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(guò)5層是石墨1噸大概3000元。1個(gè)氫原子只有一個(gè)電子，參與充放電的效率是100%。1個(gè)鋰有3個(gè)電子，里面的2個(gè)電子不參與反應(yīng)最外層1個(gè)電子效率是33%。同樣類比鋅有33個(gè)電子只有最外層2個(gè)電子參與效率是6.7%。一個(gè)電子對(duì)應(yīng)一個(gè)質(zhì)子，每個(gè)質(zhì)子都是一份實(shí)實(shí)在在的重量。所以按能量計(jì)算同等下就需要1個(gè)氫或者3個(gè)鋰或者15個(gè)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(lái)種。He、Ne惰性氣體跟誰(shuí)都不反應(yīng)，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(shí)很淡定，不喜歡和任何人發(fā)生反應(yīng)，也不能用，所以綜合考慮只有這個(gè)比較合適就是鋰。 充電的時(shí)候鋰離子就從電解液里穿過(guò)絕緣層一直游到負(fù)極。在一層一層的石墨房間里等著。電子從導(dǎo)線過(guò)來(lái)到負(fù)極找到鋰離子，一結(jié)合又變回到鋰。放電的時(shí)候鋰離子從負(fù)極游回到正極，電子從導(dǎo)線回來(lái)，在正極找到鋰離子又變回成鋰。其實(shí)負(fù)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(shù)改進(jìn)主要在正極部分。同等質(zhì)量的汽油和鋰電池做對(duì)比的話，假設(shè)燃燒汽油產(chǎn)生的能量是100，鋰電池的能量其實(shí)只有1，這是因?yàn)殇囯姵乩锏匿囂倭�。一�?jié)標(biāo)準(zhǔn)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(hù)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(diǎn)多，那鋰電池還有價(jià)值嗎，因?yàn)殇囯姵乜梢苑磸?fù)充放電而燃油發(fā)揮一次就沒(méi)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(gè)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(dá)2.83%。鋰資源的分布不均也進(jìn)一步加劇了鋰價(jià)格的風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)于鋰資源相對(duì)匱乏的中國(guó)市場(chǎng)。鈉作為一種及其富足的資源開(kāi)始顯現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，鈉相較鋰多一層電子，直徑相較鋰大出了約70%，因此對(duì)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(huì)與鋁反應(yīng)形成合金，因此鋰離子電池智能選擇銅作為負(fù)極集流體的材料。而鈉離子不會(huì)與鋁發(fā)生反應(yīng)，采用鋁材質(zhì)的集流體，可以降低8%左右的成本，同時(shí)還能減重約10%。除了價(jià)格，鈉離子電池在性能上也有獨(dú)到之處。鈉離子電池沒(méi)有鋰離子電池那樣的無(wú)過(guò)放電特性，也就是說(shuō)，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(guò)放會(huì)嚴(yán)重影響電池容量級(jí)壽命，甚至直接報(bào)廢。因此，鈉離子電池可以將電量完全放空進(jìn)行安全存儲(chǔ)，使用上也不會(huì)像鋰離子電池那樣?jì)赡�。同時(shí)，鈉離子電池還有著更強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)約為80%，而鈉離子電池目前能做到比容量保持率高達(dá)94.6%以上的超高水準(zhǔn)。首先無(wú)過(guò)放電特性讓鈉離子電池對(duì)放電截止電壓不再敏感，同時(shí)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(shí)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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小木蟲(chóng): 金幣+0.5, 給個(gè)紅包，謝謝回帖
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內(nèi)容相對(duì)太過(guò)主觀，一葉障目，單從質(zhì)量密度就把鋅電否認(rèn)了。你怎么不說(shuō)鋰鈉電池相對(duì)成熟的有機(jī)體系的易燃問(wèn)題？鋰鈉電池相對(duì)較慢（較水系鋅電低2個(gè)數(shù)量級(jí)）的擴(kuò)散系數(shù)所以倍率性能不好，鋰鈉金屬價(jià)格相對(duì)較高等問(wèn)題呢？？ 發(fā)自小木蟲(chóng)IOS客戶端 |
4樓2021-08-09 00:38:17
CNSci
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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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