電池與燃料背后的簡(jiǎn)單化學(xué)

氧化還原

電池與燃料背后的簡(jiǎn)單化學(xué)

舉幾個(gè)例子：

1)H2-2e=2H+氫原子只有一個(gè)電子，全參與反應(yīng)了，電子轉(zhuǎn)移比是100%

2)Li-e=Li+鋰原子有三個(gè)電子，只有一個(gè)參與反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移比是1/3=33%

3)Zn-2e=Zn(2+)鋅原子有三十個(gè)電子，只有兩個(gè)參與反應(yīng)，電子轉(zhuǎn)移比是2/30=6.7%

對(duì)于大多數(shù)物質(zhì)，電子轉(zhuǎn)移比例都很低，原因前面提到過(guò)。由此可見(jiàn)只有在元素周期表的前兩行的輕原子有可能成為好的能量載體。前兩行元素只有10個(gè)，氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖。其中氦與氖都是惰性氣體，排除。氧與氟都是氧化劑，排除。氮大多數(shù)情況下都是準(zhǔn)惰性氣體，如果不是惰性氣體要么毒死人要么熏死人，排除。我們還剩下5個(gè)元素，氫(100%)，碳(66%)，硼(60%)，鈹(50%)，鋰(33%)。

再進(jìn)一步說(shuō)，如果我們把一個(gè)原子當(dāng)成電池的負(fù)極。那么這個(gè)半電池的能量密度(質(zhì)量單位)可以用電子轉(zhuǎn)移數(shù)與原子量來(lái)估算。如此以來(lái)，上面的比例將更為懸殊。還以氫作為基準(zhǔn)：

碳(4/1233%)硼(3/10.828%),鈹(2/9,22%)鋰(1/7,14%)

大家很容易發(fā)現(xiàn)，最適合擔(dān)任能量載體的兩種元素分別是碳和氫，碳?xì)浠衔?，?shí)際上就是我們生活中常見(jiàn)的汽油柴油煤油天然氣等燃料。汽車選擇這些高能量載體作為能量來(lái)源，已經(jīng)是自然中的較優(yōu)解了。電池跟各種碳?xì)浠衔锵啾?，可以說(shuō)是天生不足。