रासायनिक बैटरी के लिए उच्चतम सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व क्या है?

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यह भौतिक विज्ञान / रसायन विज्ञान / नैनोटेक प्रश्न अधिक है, लेकिन सैद्धांतिक सर्वश्रेष्ठ ऊर्जा घनत्व क्या आप एक रासायनिक बैटरी (या ईंधन सेल) से बाहर निकल सकते हैं, यदि आप किसी भी तरीके से परमाणुओं की व्यवस्था कर सकते हैं जो आप चाहते थे? मैं डायमंड एज में वर्णित नैनोटेक बैटरियों के बारे में सोच रहा हूं । यह वर्तमान प्रौद्योगिकियों की तुलना कैसे करता है?

यह विशेष रूप से रासायनिक बैटरियों के बारे में है , जिन्हें परमाणु, एंटीमैटर, सीएएम , या अन्य अधिक विदेशी प्रौद्योगिकियों में नहीं, चार्ज अवस्था में परमाणु-दर-परमाणु बनाया जा सकता है ।

energy storage battery-chemistry

— endolith
स्रोत

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इस बात पर निर्भर करता है कि आप किस तरह से सैद्धांतिक होना चाहते हैं, एंटी-मेटर बैटरी सैद्धांतिक रूप से उच्चतम होगी, मेरा मानना है कि जब यह मैटर के साथ प्रतिक्रिया करता है तो आपको एक पूर्ण या निकट से पूर्ण रूपांतरण होता है।

— मार्क

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क्या एंटीमैटर-पदार्थ प्रतिक्रिया रासायनिक प्रतिक्रियाओं के रूप में गिना जाता है?

— 21

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@ ओस्ब्रॉन: शुद्धता द्वारा व्यवस्थित अनुशासन।

— निक टी

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यद्यपि इस प्रश्न के डुप्लिकेट के रूप में बंद है, क्या एएए (या एए) बैटरी रखने वाले किलो-वाट घंटे की संख्या की सीमा है? के पास उत्तर हैं (जैसे यह वजन के बजाय मात्रा से संबंधित ऊर्जा घनत्व के बारे में बात कर रहा है, जो इन उत्तरों पर ध्यान केंद्रित करने के लिए लगता है।

— मार्क बूथ

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जैसा कि मैं इसे समझता हूं, वैनेडियम-बोराइड-एयर बैटरी में 27kwh / लीटर के आदेश पर एक सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व है, मैं भूल गया कि kwh / kg में क्या काम किया था, लेकिन पेट्रोल केवल ~ 10kwh / L। यह रिचार्जेबल नहीं है, जहाँ तक मुझे पता है। 27kwh / L न्यूनतम स्थान में अधिकतम ऊर्जा के लिए पैंट को बंद कर देता है। वजन-वार हालांकि (kwh / kg), मुझे लगता है कि विजेता लिथियम-एयर है।

— सैम

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मैं इस प्रश्न का वास्तविक उत्तर नहीं जानता, लेकिन मैं उत्तर के लिए कम से कम ऊपरी सीमा जानता हूं, और वास्तविक उत्तर का पता लगाने का एक साधन हूं।

बैटरी वैज्ञानिकों के पास एक मीट्रिक है जिसे अधिकतम सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा कहा जाता है; आप रॉबर्ट हगिंस द्वारा उन्नत बैटरियों में परिभाषा के बारे में पढ़ सकते हैं । अभी, सबसे अधिक ऊर्जा घने बैटरी आप खरीद सकते हैं लिथियम आयन, जो 100-200 Wh / kg रेंज में हैं। मुझे नहीं पता कि सबसे अच्छी बैटरी क्या है, लेकिन बाद में पुस्तक में , हगिंस गणना दिखाते हैं जो बताते हैं कि Li / CuCl ₂ कोशिकाओं में 1166.4 Wh / kg का MTSE है। (5x वर्तमान बैटरी की क्षमता!)

हम जानते हैं कि उच्चतम MTSE कम से कम 1166.4 Wh / kg है; आप अन्य केमिस्ट्री के लिए समान मूल्य की गणना करने के लिए उसकी विधि का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन खोज स्थान बहुत बड़ा है।

मैंने इंटरनेट पर ली / ओ ₂ और अल / ओ ₂ बैटरियों के संदर्भ क्रमशः 2815 और 5200 Wh / kg के MTSE के साथ देखे हैं। निश्चित नहीं कि वे संदर्भ कितने विश्वसनीय हैं। बाद में 2008 के जर्नल ऑफ द इलेक्ट्रोकेमिकल सोसाइटी के इस लेख के संदर्भ में, यह सुझाव देता है कि ली / ओ ₂ सेल के लिए एमटीएसई 1400 वॉट / किलोग्राम के आसपास है।

— pingswept
स्रोत

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बैटरी की तरह लगता है कि हवा साँस लेने के लिए ऊर्जा घनत्व गणना धोखा देने के लिए बैटरी के बाहर कुछ का उपयोग कर स्टोर ऊर्जा (हवा में O2) की मदद के बिना यह बड़े पैमाने पर गिनती में हैं? वे अपने ईंधन टैंक की तुलना में कार के इंजन के अधिक अनुरूप हो जाते हैं।

— मैट बी।

@MBB .: हाँ, यह एक तरह का धोखा है, लेकिन इस तरह का नहीं। मुझे खुशी है कि इसका उल्लेख किया गया क्योंकि मैंने इसके बारे में नहीं सोचा था।

— एंडोलिथ

"विभिन्न धातु-वायु बैटरी रासायनिक जोड़े (तालिका 1) में से, ली-ऑक्सीजन और Li2O के बीच सेल डिस्चार्ज प्रतिक्रिया के बाद से ली-एयर बैटरी सबसे आकर्षक है, 4Li + O2 → 2Li2O के अनुसार, एक ओपन-सर्किट है 2.91 V का वोल्टेज और 5210 किलो / किग्रा की एक सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा। व्यवहार में, ऑक्सीजन बैटरी में संग्रहीत नहीं है, और ऑक्सीजन को छोड़कर सैद्धांतिक विशिष्ट ऊर्जा 11140 Wh / kg (40.1 MJ / kg) है। इसे आंकड़े से तुलना करें। पेट्रोल के लिए 44 एमजे / किग्रा (पेट्रोल ऊर्जा सामग्री देखें)। " en.wikipedia.org/wiki/L

— लिथियम_air_battery

ऊपरी बंधन प्राप्त करने योग्य है यदि आपके पास एक छोटा सेल है लेकिन बहुत सारे ईंधन हैं।

— user3528438

यह भी याद रखें कि पहला ईंधन सेल क्या चलता है, इस दिन तक ईंधन सेल के लिए सबसे आसान और उच्चतम घनत्व वाला ईंधन है।

— user3528438

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अगर हम "बैटरी" को किसी प्रकार के उपकरण से विस्तृत करना चाहते हैं जो रासायनिक प्रतिक्रिया ( जादुई साधनों के माध्यम से ) के आधार पर बिजली उत्पन्न करता है , तो ऊपरी 100% कुशल सीमा प्रतिक्रिया की रासायनिक थैलेपी होगी।

एक सैद्धांतिक "चीनी + वायु" बैटरी के लिए गणना:

ग्लूकोज के दहन की मानक थैलीपी: hal2805 kJ / mol (मुझे लगता है कि यह मानक तत्वों में विघटन से परे एक शॉर्टकट है?)
2805 केजे / मोल / 180 ग्राम / मोल = 4328 डब्ल्यू · एच / किग्रा

यह निश्चित नहीं है कि सबसे अधिक रासायनिक रूप से घना यौगिक क्या है, लेकिन आप इसे उसी में प्लग कर सकते हैं।

परमाणु संचालित कोशिकाएँ और भी अधिक जादुई हो सकती हैं, E = mc be:

1 किलो × c h = 2.5 × 10 ** 13 W · h

— निक टी
स्रोत

इन अन्य केमिस्ट्री को जादुई होना होगा क्योंकि वे इलेक्ट्रॉनों को धातु के माध्यम से सीधे धक्का नहीं देते हैं?

— एंडोलिथ

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ज्यादातर इसलिए कि वे इलेक्ट्रोकेमिकल सेल नहीं हैं, इसलिए बिजली के रूपांतरण की ऊर्जा को किसी और तरह से होना होगा (जैसे बिजली संयंत्र या संयंत्र संयंत्र ।)

— निक टी

चीनी + वायु? क्यों नहीं, कहते हैं, C4 + हवा?

— केविन वर्मियर

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सी 4 (या टीएनटी वैसे भी) चीनी की तुलना में कम ऊर्जा-घना है। en.wikipedia.org/wiki/Energy_density

— मैट बी।

या कार्बन-वायु, जिसमें कम हाइड्रोजन शामिल हो। अपने कार्बन के रूप में हीरे का उपयोग करें? शुद्ध C12 हीरा, कम वजन के लिए? :)

— wbeaty

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लिथियम / सल्फर बैटरी की वर्तमान स्थिति लगभग 350 Wh / kg है। और इसलिए सूचीबद्ध केमिस्ट्री की तरह बहुत से अप्रकाशित नहीं हैं।

यहां कुछ विस्तृत जानकारी दी गई है: https://en.wikipedia.org/wiki/L लिथियम-sulfur_battery

— ग्लेन
स्रोत

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कोई गणित नहीं? कोई प्रशस्ति पत्र नहीं?

— बोर्ट

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@Glenn मार्कअप सिस्टम ने आपके लिंक को बंद कर दिया है। क्या आप फिर से कोशिश करना चाहेंगे? अधिमानतः इसे अपने उत्तर में संपादित करें।

— एरोनडी

किया हुआ। मुझे माफ़ कर दें। मैं इस बोर्ड में नया हूँ।

— ग्लेन

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ईंधन कोशिकाओं में बैटरी की तुलना में उच्च चिकित्सीय ऊर्जा डेन्सिटाइट्स होंगे, लेकिन कम बिजली घनत्व। दूसरी ओर, कैपेसिटर में उच्च शक्ति घनत्व लेकिन कम ऊर्जा घनत्व होते हैं।

इन सैद्धांतिक मूल्यों पर विचार करें

ऊर्जा घनत्व = वोल्टेज x क्षमता

बिजली घनत्व = वोल्टेज x वर्तमान

क्षमता = फैराडे कॉन्स्ट x #electrons हस्तांतरित (उदा: ली-आयन बैटरी के लिए 1) x 1 / MW

वर्तमान क्षमता और निर्वहन की दर पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, C / 2 दर पर, आप 2 घंटे में पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाएंगे, इसलिए यदि कुल क्षमता 100 mAh / g है, तो वर्तमान 1g के लिए 50 mA होगा। कहते हैं कि हमारे पास 2V बैटरी है, तो पावर 1g के लिए 100 mW होगी। (इस बैटरी की ऊर्जा घनत्व भी 200 mWh / g होगी)

वोल्टेज = E0cathode - E0anode, E0 = - डेल्टा G (फ्री गिब्स एनर्जी के रूप में) / (#charges x फैराडे कॉन्स्ट)

सबसे प्रचलित मामले में जहां आपको एनोड (ली-आयन शामिल) में धातु आयन की कमी होती है, E0anode धातु की कमी क्षमता है, यहां देखें: http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_elector_potential_%28data_page% 29

उदाहरण के लिए: Li + + e−, Li (s) E0 = −3.0401 V के साथ संतुलन में है

— guywithaquestion
स्रोत