¿Cuál es la densidad de energía teórica más alta para una batería química?

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Esta es más una pregunta de física / química / nanotecnología, pero ¿cuál es la mejor densidad de energía teórica que podría obtener de una batería química (o celda de combustible), si pudiera organizar los átomos de la manera que quisiera? Estoy pensando en las baterías de nanotecnología descritas en Diamond Age . ¿Cómo se compara con las tecnologías actuales?

Se trata específicamente de baterías químicas , que podrían construirse átomo por átomo en estado cargado, no nuclear, antimateria, CAM , u otras tecnologías más exóticas.

    
pregunta endolith

4 respuestas

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No conozco la respuesta real a esta pregunta, pero conozco un límite inferior a la respuesta y un medio para descubrir la respuesta real.

Los científicos de baterías tienen una métrica llamada máxima energía específica teórica; Puede leer sobre la definición en Baterías avanzadas de Robert Huggins . En este momento, las baterías con mayor densidad de energía que puede comprar son las de iones de litio, que se encuentran en el rango de 100-200 Wh / kg. No sé cuál es la mejor batería, pero más adelante en el libro , Huggins muestra cálculos que indican que las células Li / CuCl 2 tienen un MTSE de 1166.4 Wh / kg. (¡5 veces la capacidad de las baterías actuales!)

Sabemos que el MTSE más alto es de al menos 1166.4 Wh / kg; Podría usar su método para calcular el mismo valor para otros químicos, pero el espacio de búsqueda es bastante grande.

También he visto referencias en Internet a las baterías Li / O 2 y Al / O 2 con MTSE de 2815 y 5200 Wh / kg, respectivamente. No estoy seguro de cuán creíbles son esas referencias. Referencias posteriores, como 2008 / a> en el Diario de la Sociedad Electroquímica, sugiere que el MTSE para una célula Li / O 2 es de aproximadamente 1400 Wh / kg.

    
respondido por el pingswept
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Si queremos ampliar "batería" para que signifique algún tipo de dispositivo que genere electricidad en base a una reacción química (a través de mágico significa), el límite superior de eficiencia del 100% sería la entalpía química de la reacción.

Cálculos para una batería teórica de "azúcar + aire":

  • Entalpia estándar de combustión de glucosa: −2805 kJ / mol (creo que esto es un atajo más allá de la descomposición en elementos estándar)
  • 2805 kJ / mol / 180 g / mol = 4328 W · h / kg

No estoy seguro de cuál es el compuesto más denso químicamente, pero puedes conectarlo a eso.

Las células de energía nuclear podrían ser aún más mágicas, E = mc²:

  • 1 kg × c² = 2.5 × 10 ** 13 W · h
respondido por el Nick T
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Las baterías de litio / azufre del estado actual de la técnica son de aproximadamente 350 Wh / kg. Y, por lo tanto, no es unobtainium como muchos de los químicos enumerados.

Aquí hay información detallada: enlace

    
respondido por el Glenn
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Las celdas de combustible tendrán densidades de energía terapéuticas más altas que las baterías, pero densidades de potencia más bajas. por otro lado, los condensadores tendrán densidades de potencia más altas pero densidades de energía más bajas.

Considera estos valores teóricos

densidad de energía = voltaje x capacidad

densidad de potencia = voltaje x corriente

capacidad = Faraday const x #electrones transferidos (por ejemplo: 1 para baterías de ión de litio) x 1 / MW

la corriente depende de la capacidad y la velocidad de descarga. Por ejemplo, a una velocidad de C / 2, se descargará completamente en 2 horas, por lo que si la capacidad total es de 100 mAh / g, entonces la corriente será de 50 mA para 1 g. Digamos que tenemos una batería de 2V, entonces la potencia será de 100 mW para 1 g. (También la densidad de energía de esta batería sería de 200 mWh / g)

voltaje = E0cathode - E0anode, E0 = - delta G (como en Free Gibbs Energy) / (#carges x Faraday const)

en el caso más frecuente en el que tiene una reducción de un ion metálico en el ánodo (incluido Li-ion) E0anode es el potencial de reducción del metal, consulte aquí: enlace

por ejemplo: Li + + e− está en equilibrio con Li (s) E0 = −3.0401 V

    
respondido por el guywithaquestion

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