Конкрет энергия нәрсә ул?

Аерым энергия материалның яки системаның берәмлеге массасына сакланган энергия күләмен үлчәя. Бер килограммга (J / кг) яки ватт - сәгатенә (Wh / кг) күрсәтелгән бу күрсәткеч, масса күпме куллану энергиясен билгели, бу энергия саклау технологияләрен чагыштыру һәм материаль мөмкинлекләрне аңлау өчен мөһим.

Конкрет энергия энергия тыгызлыгыннан төптән аерылып тора, терминнар еш кына буталалар. Энергия тыгызлыгы энергияне берәмлек күләменә (Wh / L) үлчәсә дә, махсус энергия массага гына игътибар итә. Бу аерма космик корабльдән күчемле электроникага кадәр электр машиналарына кадәр design {2} дизайн карарларын кабул иткән кушымталарда мөһим.

Конкрет энергия артындагы физика сакланган энергия белән аны үз эченә алу өчен кирәк булган масса арасындагы бәйләнешне үз эченә ала. Батарейкаларда бу электродларның, электролитларның, сепараторларның һәм корпусның гомуми массасына бүленгән химик реакцияләрдән алынган энергияне үз эченә ала. Ягулык өчен, ул ягулык массасына караганда яну вакытында чыгарылган җылылыкны күрсәтә.

Specific Energy

Литий {{0} ion ион батареялары ни өчен заманча технологиядә энергиянең мөһимлеген күрсәтә. Хәзерге литий {{2} ion ион күзәнәкләре 250 {{5} 0 270 Wh / кг арасында билгеле энергиягә ирешәләр, смартфоннар сәгатьләр буе эшләргә, электр машиналары йөзләрчә чакрым үтәргә мөмкинлек бирә. Чагыштыру өчен, традицион кургаш кислотасы батарейкалары 30-50 Вт / кг гына китерә, ни өчен алар арзан бәягә карамастан күчерелмә кушымталарда алыштырылганнарын аңлаталар.

Соңгы яңалыклар бу чикләрне алга этәрә. Developmentсештә каты {{1} state дәүләт батарейкалары махсус энергияне 350 Вт / кгдан арттырырга вәгъдә итәләр, ә Amprius кебек компанияләрнең алдынгы литий - металл системалары махсус авиация кушымталарында 400 Wh / kg күрсәттеләр. Бу камилләштерүләр турыдан-туры җайланманың эш вакытына яки авырлык өстәмичә киңәйтелгән машина диапазонына тәрҗемә ителә.

Батарейкаларның конкрет энергиясе берничә фактордан тора: электрод материаллары, күзәнәк химиясе, дизайн эффективлыгы. Никель - бай катодлар энергия саклауны арттыралар, ләкин тотрыклылык проблемаларын күрсәтәләр. Кремний анодлары традицион графитка караганда югарырак сыйдырышлык тәкъдим итә, ләкин зарядлау вакытында күләм күләмен киңәйтү. Eachәр дизайн сайлау билгеле энергия һәм цикл тормышы, куркынычсызлык, бәя кебек башка эш характеристикалары арасындагы сәүдәне күрсәтә.

Фоссил ягулыгы батарейкаларга караганда зуррак энергия саклый. Бензинда якынча 12,700 Вт / кг (46 MJ / кг) бар, дизель 13,000 Вт / кгга җитә. Бу ни өчен, дистә еллар батарея алга китешенә карамастан, сыек ягулык авиациядә өстенлек итә һәм авырлыгы мөһим булган озын - ташуда.

Водород билгеле бер энергия белән 33,300 Вт / кг - бензиннан өч тапкыр диярлек кызыклы очрак тәкъдим итә. Ләкин, аның бик түбән тыгызлыгы югары - басымны кысуны яки криоген суытуны таләп итә, практик конкрет энергияне сизелерлек киметүче система массасын өсти. Табигый газ шулай ук берәмлек массасына югары специаль энергиягә ия, ләкин авыр саклау системаларын таләп итә.

Туклануда махсус энергия калория тыгызлыгын билгели. Майлар якынча 38 kJ / g (9 Кал / г) тәэмин итә, 16 - 17 kJ / g (протеиннар һәм углеводлар белән чагыштырганда икеләтә күбрәк) (һәрберсе 4 Кал / г). Бу ни өчен югары - майлы ашамлыкларда граммга күбрәк калория булуын аңлата - исәпләүдә макронутриентның махсус энергиясе өстенлек итә.

Суның эчтәлеге азыкның махсус энергиясенә кискен тәэсир итә, чөнки су энергия кертмичә масса өсти. Яңа яшелчәләрдә бары тик 0,5 - 1 kJ / г булырга мөмкин, кипкән гайкалар 25 кДж / гтан артып китә, икесе дә үсемлек нигезендәге ризык булуына карамастан.

Электр машинасы дизайны махсус энергия чикләүләрен әйләндерә. 250 кВт / кг булган күзәнәкләрне кулланып, 75 кВтч батарея пакеты 300 кг авырлыкта, транспорт авырлыгының якынча 15-20% тәшкил итә. Батарейканың махсус энергиясен 350 Вт / кгга кадәр арттыру 214 кгга кадәр киметәчәк, пассажир сыйдырышлыгы яки киңәйтелгән диапазон өчен 86 кг.

Бу авырлыкны киметү каскадлары машина дизайны аша. Ighterиңел машиналар тизләнеш һәм калкулыкка менү өчен азрак энергия, кечерәк двигательләр һәм азрак нык асылмалы системалар таләп итәләр. Автомобиль сәнәгате 400 - 500 Wh / кг батареяның махсус энергиясен максат итә, электр машиналарын бензин машиналары белән көндәшлеккә сәләтле итәр өчен, алар шундый ук диапазонда 50-60 кг ягулык йөртергә тиеш.

Очкычлар һәм космик кораблар тагын да катлаулырак энергия таләпләренә туры килә. Орбитага күтәрелгән һәр килограмм меңләгән доллар ягулыкка төшә, спутниклар һәм космик кораблар өчен югары энергия батарейкаларын ясый. NASAның Марс роверлары литий {{2} ion ион күзәнәкләрен кулланалар, экстремаль температурада махсус энергия һәм ышанычлылыкны берләштерү өчен махсус сайланган.

Электр авиациясен үстерү батарея уңышларына бәйле. Хәзерге литий {{1} ion ион технологиясе кечкенә дроннарга һәм кыска - диапазондагы шәһәр һава хәрәкәтенә ярдәм итә, ләкин региональ самолетлар яшәр өчен 500 Wh / kg-тан артык энергия таләп итә. Электр самолетларын эзләүче компанияләр батарея үсешен игътибар белән күзәтәләр, чөнки кечкенә энергияне яхшырту да яңа самолет конструкцияләрен ачалар.

Смартфон җитештерүчеләре махсус энергияне зарядлау тизлеге һәм куркынычсызлык кебек факторларга каршы баланслыйлар. Заманча телефоннар якынча 250 {{2} 0 270 Wh / кг күзәнәкләрен кулланалар, 150-200 грамм авырлыктагы җайланмаларда {{5} day көнлек эш мөмкинлеген бирә. Конкрет энергияне арттыру батареяның озын гомерен яки нечкә, җиңелрәк дизайннарын кулланырга мөмкинлек бирә - икесе дә кулланучылар тарафыннан бәяләнә.

Ноутбук батарейкалары охшаш чикләүләр белән очрашалар, ләкин төрле өстенлекләр белән. Типик ноутбук батареясы авырлыгы 300-400 грамм һәм 50-100 Вт саклый, телефоннарга охшаш энергия булган күзәнәкләрне кулланып, ләкин төрле агызу темплары һәм җылылык характеристикалары өчен оптимальләштерелгән.

Конкрет энергия һәм конкрет көч аерым эш үлчәмнәрен күрсәтә. Конкрет көч (Вт / кг) системаның энергияне тиз китерә алуын үлчәя, шул ук вакытта энергия күпме энергия саклавын үлчәя. Specificгары специфик энергия өчен оптимальләштерелгән батарейкалар гадәттә махсус көчне корбан итәләр, һәм киресенчә.

Литий тимер фосфат (LFP) батарейкалары бу сәүдә нәтиҗәләрен күрсәтә. Алар никель - бай альтернативаларга караганда түбән специфик энергия тәкъдим итәләр (120 - 160 Wh / kg), ләкин югары конкрет көч һәм яхшырак цикл тормышын китерәләр. Энергия кораллары эш вакыты азрак булса да, югары көчле күзәнәкләрне кулланалар, чөнки мотор белән эшләү өчен җитәрлек ток китерү гомуми куәткә өстенлек бирә.

Ragone сюжеты бу бәйләнешне график яктан күрсәтә, бер күчәрдә махсус энергия, икенчесендә конкрет көч күрсәтә. Төрле батарея химиясе төрле төбәкләрне били, аларның икесендә дә бер технология дә өстен түгел. Кушымталар таләпләренә туры килгән батарейкаларны сайларга тиеш {{2} long озак вакыт дәвамында югары энергия, кыска шартлау өчен югары көч, яки катнаш куллану өчен компромисс конструкцияләре.

Конкрет энергия бер эш күрсәткечләрен генә күрсәтә. Гадәттән тыш махсус энергия булган батарея начар цикл гомерен, куркынычсызлык проблемаларын, югары бәяне яки чикләнгән температура диапазонын кичерергә мөмкин. Литий {{2} ul күкерт батарейкалары югары теоретик конкрет энергияне күрсәтәләр (650 Вт / кг), ләкин күкерт эретү һәм коммерцияләштерүгә комачаулый торган аз цикллы тормыш белән проблемалар белән очрашалар.

Manufactитештерү процесслары практик конкрет энергиягә тәэсир итә. Күзәнәк - дәрәҗәдәге махсус энергия саклагыч схемалардан, суыту системаларыннан һәм структур элементлардан өстәлгән масса аркасында pack- дәрәҗә кыйммәтләреннән артып китә. 270 Вт / кгга ирешкән күзәнәк пакет дәрәҗәсендә бары тик 180 - 200 Wh / кг китерә ала - система дизайнерлары өчен мөһим аерма.

Температура конкрет энергия китерүгә зур йогынты ясый. Салкын шартлар батарея сыйдырышлыгын киметә, агызу вакытында махсус энергияне эффектив киметә. Электр машиналары кыш көне диапазонның кимүен кичерәләр, чөнки батарейкалар тулы температураны түбән температурада китерә алмыйлар.

Specific Energy

Тикшеренүләр төрле ысуллар ярдәмендә энергияне яхшыртуга омтыла. Литий - никель {{2} ang марганец {{3} ob кобальт - оксиды (NMC) кебек алдынгы катод материаллары уңай электродта энергия саклауны арттыралар. Кремний - анодлар графитка караганда литийны күбрәк саклый, көчен арттыра. Eachәрбер алга китеш конкрет энергияне югарырак этәрә, тикшерүчеләр бәйләнгән проблемаларны җиңәр өчен эшлиләр.

Каты - дәүләт электролитлары графитка караганда күпкә югарырак энергия тәкъдим итүче литий металл анодлар ярдәмендә зур табыш вәгъдә итәләр. QuantumScape, Solid Power, һәм Samsung кебек компанияләр 400-500 Wh / кг махсус энергияне максат итеп коммерцияләштерүне дәвам итәләр. Уңыш электр машиналарын һәм кулланучылар электроникасын үзгәртәчәк.

Литий - һава батарейкалары бензин белән чагыштырырлык теоретик конкрет энергия 11,140 Wh / kg {{4} якынлашканда озынрак - мөмкинлекне күрсәтә. Ләкин, күп санлы техник киртәләр, шул исәптән электролит тотрыклылыгы, углерод газының сизгерлеге, чикләнгән цикл гомере аларны лабораторияләрдә генә саклый. Практик литий - һава батарейкалары еллар яки дистә еллар кала.

Аңларгалитий батареялары нәрсә улһәм ни өчен алар заманча энергия саклауда өстенлек итәләр, төп җавап төп энергия бирә. 1990-нчы елларда литий {{1} ion ион технологиясе үсеше батареяның махсус энергиясен Сони күзәнәкләрендәге 120 Wh / кгдан алып, хәзерге конструкцияләрдә 270 Вт / кгга кадәр арттырды, {{5} three өч дистә елда икеләтә артты.

Төрле литий батарея төрләре химиясенә нигезләнеп төрле энергия дәрәҗәләрен күрсәтәләр. Телефоннарда кулланылган литий кобальт оксиды (LCO) күзәнәкләре иң югары энергиягә ирешәләр, ләкин чикләнгән цикл тормышы һәм куркынычсызлык проблемалары белән. Литий тимер фосфат (LFP) куркынычсызлык һәм озын гомер өчен махсус энергия сәүдә итә, түбән энергиягә карамастан, электр автобуслары һәм стационар саклау өчен өстенлекле итә.

Higherгары конкрет энергиягә этәрү материаль тикшеренүләргә этәрә. Катод материаллары күзәнәк авырлыгының күп өлешен тәшкил итә, шуңа күрә җиңелрәк, күбрәк энергия {{1} ens тыгыз катодлар үсеше махсус энергияне яхшырта. Актив булмаган материалларны киметү - агымдагы коллекционерлар, сепараторлар, төрү - шулай ук сакланган энергияне киметмичә массаны киметергә ярдәм итә.

Хәзерге электр машиналары литий батареяның махсус энергия мөмкинлекләренә таяналар. Типик EV батарея пакеты 250-170 Wh / кг махсус энергия булган күзәнәкләр кулланып 50-100 кВт сәгать саклый. Бу 200-400 миль диапазонына мөмкинлек бирә, шул ук вакытта батарея авырлыгын идарә итә. Конкрет энергия 350-400 Вт / кгга арткан саен, пропорциональ рәвештә киңәйтелә яки батарея авырлыгы кими, транспорт нәтиҗәлелеген күтәрә.

Кулланучылар электроникасы шулай ук литий батареяның махсус энергиясенә бәйле. Смартфоннар, ноутбуклар, планшетлар һәм кием әйберләре литий {{1} ion ион яки литий - полимер күзәнәкләрен кулланалар, чөнки аларның югары спецификасы компакт, җиңел җайланмаларда тиешле эш вакытын бирә. Литий технологиясенең махсус энергия өстенлекләре булмаса, заманча мобиль исәпләү мөмкин булмас иде.

Аерым энергия берәмлек массасына энергияне үлчәя (Wh / кг), ә энергия тыгызлыгы берәмлек күләменә энергияне үлчәя (Wh / L). Авырлык яки рюкзак кебек {{2} weight авырлык иң мөһим булган кушымталар билгеле энергиягә өстенлек бирәләр. Space {5} space чикләнгән урыннардагы кушымталар кулланучылар электроникасы кебек fixed- еш кына энергия тыгызлыгына өстенлек бирәләр.

Коммерция батареялары арасында алдынгы литий - ион күзәнәкләре никель - бай катодлар хәзерге вакытта иң югары энергиягә 250 - 300 Wh / кг ирешәләр. Эксперименталь каты - дәүләт литий батарейкалары лаборатория шартларында 400-500 Вт / кг күрсәтте. Литий-һава батарейкалары теоретик яктан 11,140 Вт / кгга җитәләр, ләкин практик кулланудан ерак торалар.

Бензин атмосфера кислороды белән яну вакытында чыгарылган химик бәйләнешләрдә энергия саклый. Кислород бензин массасында саналмаганлыктан, аның махсус энергиясе күпкә югарырак күренә (12,700 Вт / кг). Батарейкалар ягулыкны да, оксидиаторны да йөртергә тиеш, аларның махсус энергиясен чикли. Бу төп аерма ни өчен батареяларның казылма ягулык энергия тыгызлыгына туры килүен аңлата.

.К. Конкрет энергия бер эш үлчәмен генә күрсәтә. Specificгары энергияле батарейкалар циклның начар яшәвенә, куркынычсызлыкка, зур чыгымнарга яки чикләнгән энергия чыганагына ия булырга мөмкин. Иң яхшы батарея куллану таләпләренә бәйле - кайвакыт түбән энергия конструкцияләре бүтән өлкәләрдә өстен характеристикалар аркасында яхшырак эшли.

Конкрет энергияне үлчәү җентекләп тикшерү процедураларын таләп итә. Батарейкалар өчен стандарт протоколлар күзәнәкне тулысынча зарядлауны үз эченә ала, аннары китерелгән энергияне үлчәгәндә аны билгеләнгән ставкаларда җибәрүне үз эченә ала. Гомуми энергия чыганагын күзәнәк массасына бүлү Wh / кгда махсус энергия бирә.

Берничә оешма махсус энергия үлчәү стандартларын саклый. Халыкара Электротехник Комиссия (IEC) җитештерүчеләр арасында эзлеклелекне тәэмин итүче тест процедураларын бастыра. Нәтиҗә агызу ставкасына, температурага һәм тест методикасына карап төрле булырга мөмкин, шуңа күрә энергия кыйммәтләрен чагыштыру сынау шартларын аңлау таләп итә.

Күзәнәк - дәрәҗә үлчәүләре pack- дәрәҗә кыйммәтләреннән аерылып тора. Батарея пакетларына идарә электроникасы, суыту системалары, энергия сакламыйча масса өстәүче структур компонентлар керә. Pack- дәрәҗәсендәге махсус энергия 65 {{6} cell 75% күзәнәк дәрәҗәсендәге кыйммәтләргә җитә. Система дизайнерлары бу эшне киметүне исәпкә алырга тиеш.

Specific Energy

Конкрет энергияне яхшырту фундаменталь материаль үзенчәлекләргә һәм җитештерү алгарышларына нигезләнеп алдан әйтеп була торган траекториягә иярә. Тикшерүчеләр электрод формуляцияләрен оптимальләштергәндә, актив булмаган материал массасын киметкәндә һәм җитештерү нәтиҗәлелеген күтәргәндә арта. Хәзерге прогнозлар эволюцион камилләштерү аркасында киләсе ун ел эчендә литий {{2} ion ионның махсус энергиясе 350-400 Вт / кгга җитәчәген күрсәтә.

Революцион үзгәрешләр яңа химия таләп итә. Каты - дәүләт батарейкалары техник проблемалар чишелсә 400 - 500 Wh / кгга сикерергә мөмкин. Литий {{5} ul күкерт һәм литий - һава батарейкалары тагын да югарырак энергия вәгъдә итәләр, ләкин зур үсеш киртәләре белән очрашалар. Натрий-ион батарейкалары махсус энергия хисабына түбән бәя тәкъдим итә, авырлык экономикадан азрак булган кушымталарны максат итеп куя.

Specificгары конкрет энергиянең йогынтысы ачык кушымталардан тыш тарала. Челтәр - масштаблы энергия саклау батарейканың махсус энергиясе яхшыра һәм чыгымнар кими бара. Күчмә медицина җайланмалары зарядлар арасында озаграк эшли. Электр кораллары эш вакытын корбан итмичә җиңелрәк була. Аерым энергиянең һәр артуы күп тармакларда яңа мөмкинлекләр бирә.

Электр белән йөртү өчен, махсус энергияне яхшырту, казылма ягулыкка каршы батарейкаларның авырлыгын һәм бәясен киметеп кабул итүне этәрә. Аерым энергиянең һәр 50 Вт / кг артуы 15-20% күбрәк машина диапазонына яки эквивалент авырлыкны киметүгә күчерелә, электр хәрәкәтенә күчүне тизләтә. Автомобиль сәнәгате 400 В / кг бусага итеп карый, бу электр машиналарын барлык базар сегментларында гадәти машиналар белән авырлыкка һәм бәягә көндәшлеккә сәләтле итә.

Конкрет энергияне һәм аның нәтиҗәләрен аңлау инженерларга, дизайнерларга һәм кулланучыларга энергия саклау технологияләре турында мәгълүматлы карарлар кабул итәргә булыша. Яңа продукт өчен батарея химиясен сайлау, электр машиналары диапазонын бәяләү, яки ни өчен кайбер кушымталарның батарея мөмкинлекләреннән читтә калуын аңлау, махсус энергия мөһим контекст бирә. Тикшеренүләр бу метриканы югарырак этәргәндә, элек мөмкин булмаган кушымталар мөмкин була, заманча технологиядә электр энергиясен саклау ролен киңәйтә.