Яка найвища теоретична щільність енергії для хімічної батареї?

Це більше питання фізики / хімії / нанотехнологій, але яка теоретична найкраща щільність енергії, яку ви могли б отримати з хімічної батареї (або паливного елемента), якби ви могли організувати атоми будь-яким способом, який ви хотіли? Я думаю про нанотехнологічні акумулятори, описані в Diamond Age . Як вона порівнюється з сучасними технологіями?

Йдеться конкретно про хімічні батареї, які можуть бути побудовані атом за атомом у зарядженому стані, а не ядерні, антиматеріальні, САМР чи інші екзотичні технології.

Я не знаю реальної відповіді на це питання, але я знаю як мінімум верхню межу відповіді та спосіб з'ясувати реальну відповідь.

Вчені батареї мають метрику, яку називають максимальною теоретичною питомою енергією; ви можете прочитати про визначення в « Розширених батареях» Роберта Х'юґінса . Зараз найенергетичніші щільні батареї, які ви можете придбати, - це літієві іони, що знаходяться в діапазоні 100-200 Вт / кг. Я не знаю, що найкращий акумулятор, але пізніше в книзі Х'юґінс показує розрахунки, які показують, що клітини Li / CuCl ₂ мають MTSE 1166,4 Вт / кг. (5 разів ємність струму акумуляторів!)

Ми знаємо, що найвищий MTSE становить щонайменше 1166,4 Вт / кг; Ви можете використати його метод для обчислення того ж значення для інших хіміків, але простір пошуку досить великий.

Також я бачив в Інтернеті посилання на батареї Li / O ₂ та Al / O ₂ з MTSE 2815 та 5200 Вт / кг відповідно. Не впевнений, наскільки достовірні ці посилання. Пізніші посилання, як ця стаття за 2008 рік у Журналі електрохімічного товариства, свідчать про те, що MTSE для клітини Li / O ₂ становить близько 1400 Вт / кг.

Якщо ми хочемо розширити термін "акумулятор", щоб мати на увазі якийсь пристрій, який генерує електрику на основі хімічної реакції (за допомогою магічних засобів), верхньою межею ефективності на 100% буде хімічна ентальпія реакції.

Розрахунки для теоретичної батареї "цукор + повітря":

• Стандартна ентальпія згоряння глюкози: −2805 кДж / моль (я думаю, що це ярлик після розкладання на стандартні елементи?)
• 2805 кДж / моль / 180 г / моль = 4328 Вт · год / кг

Не впевнений, що є найбільш хімічно щільним складом, але ви могли просто вкласти його в це.

Ядерні клітини можуть бути ще більш магічними, E = mc²:

• 1 кг × с² = 2,5 × 10 ** 13 Вт · год

В даний час сучасні літієві / сірчані батареї становлять близько 350 Вт / кг. І тому не є унобтаїном, як у багатьох перерахованих хімічних засобів.

Ось детальна інформація: https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-sulphur_battery

паливні елементи матимуть більш високі дентитні енергетичні енергії, ніж батареї, але менші щільності потужності. з іншого боку, конденсатори матимуть більшу щільність потужності, але меншу щільність енергії.

Розглянемо ці теоретичні значення

щільність енергії = напруга х ємність

щільність потужності = напруга х струм

потужність = Faraday const x # переведені електрони (напр .: 1 для літій-іонних акумуляторів) x 1 / МВт

струм залежить від ємності та швидкості розряду. Наприклад, зі швидкістю C / 2, ви зарядите повністю через 2 години, тому якщо загальна потужність становить 100 мАг / г, то струм складе 50 мА на 1 г. Скажімо, у нас є 2В акумулятор, тоді потужність буде 100 мВт за 1 г. (також щільність енергії цієї батареї складе 200 мВт / г)

напруга = E0 катод - E0anode, E0 = - дельта G (як у енергії вільних Гіббс) / (# заряди x Faraday const)

у найбільш поширеному випадку, коли у вас є відновлення іона металу на аноді (включений Li-ion) E0anode - це потенціал відновлення металу, див. тут: http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_electrode_potential_%28data_page% 29

наприклад: Li + + e− знаходиться в рівновазі з Li (s) E0 = −3.0401 V