Батарейки

[barzel]

Задумался я тут как делают батарейки. И что-то я не очень понял чем руководствуются конструкторы батареек/аккумуляторов при выборе материалов для анода и катода. Для простоты я вообще не брал электролит. Вроде из физике известно, что любая пара металлов образует гальваническую пару, то есть между ними возникает разность потенциалов. Тогда, я подумал давайте возьмем два любых металла, самых дешевых с максимальным разницей электродных потенциалов и получим идеальныю батарейку. Вот, что у меня вышло:


Цены на металлы в условных единицах с сайта лондонской биржи металлов.

Это те пары металлов, из которых реально делают батарейки.

По моей логике красные квадраты должны были сконцентрироваться в правом верхнем углу, и в нижнем левом. А ничего подобного не произошло. Явно есть какие-то еще факторы, которые мной не учтены. Возможные кандидаты: количество заряд-разрядов(для аккумуляторов), ёмкость, ток, который держит пара).

P.S. Из разряда курьезов: плотность вольфрам и золота почти одинаковая, а цена разная. Идея для фальшивомонетчиков-берем слиток вольфрам, напыляем золотой-и вот слиток золота :)

Comments

[krupelega.livejournal.com]

Мне не захотелось глубоко вникать в эту интересную подборку, но я хочу лишь сообщить,что одним из важнейших факторов является ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ каждого материала.
Думаю, что Вы понимаете , что есть такое понятие -технологичность. Мне кажется, что в области изготовления батареек отобраны лучшие материалы, сочетающие соответствие функциональной задачи + технологичность + себестоимость...

Пример из совсем другой области.
Многие недоумевают, почему платина, имеющая высокую стоимость редкого и драгоценного металла, ушла с ювелирного рынка почти безвозвратно.
Мало кто из женщин подозревает, что декоративные белые части ювелирных украшений, обрамляющих хорошие чистые и очень дорогие бриллианты сделаны из того же золота,что и всё изделие,но покрыты микронным гальванопокрытием из родиевого электролита.
Люди в лушем случае считают это "белым золотом", а в худшем ошибочно принимают это за платину.
Почему ушла платина? Она имеет высокие температуру плавления, сложна в получении тонких ювелирных конфигураций методом литья, а также плохо поддаётся механической обработке.

[barzel.livejournal.com]

Вау, про платину интересно. А на счет бриллиантов не тоже самое произошло? Сваровский частично вытеснил их с ювелирного мира и оставил только как отличный абразив.

Про технологичность имеется в виду например такой случай: скорость, пассажировместимость и дальность полёта для ТУ-154 и Airbus A320 близки, но эти самолёты — представители разных поколений авиационной техники?

[krupelega.livejournal.com]

Замена бриллиантов СВАРОВСКИМИ-это из области палённого спиртного и никак не связано с моим комментом, где основной смысл зключён не в обмане, а в преимуществах технологичности одних материалов перед дркгими. Сравнения с самолётами тоже не проходит:
при замене старой модели самолёта на новую,как я знаю, никто не заменял главный корпусной материал- прокатный алюминий на нечто другое.
Изменения касаются совсем других областей в авиастроении.
Вы же говорили именно о подборе новых материалов для батареек, и я в ответ коснулась немного вопросов значимости такого понятия как технологичность.

[zlata-gl.livejournal.com]

Считать цену надо не за фунт, а за моль/валентность.
У лития атомный вес всего 7, за моль получается не так уж дорого.
А алюминий не любит окисляться, вряд ли он годится зля батареек.

[barzel.livejournal.com]

Зачем алюминию нужно окислятся? Электролиз должен хорошо идти, отщепление электронов в электролите. Присутствие кислорода совершенно не обязательно. Кстати, в присутствии ртути алюминий лишается своей оксидной пленки и вступает в реакцию. По-моему, так получают амальгаму...

[zlata-gl.livejournal.com]

Термин "окисление" в химии означает не "соединение с кислородом", а потерю электронов атомом.
Например
2Na+Cl2=2NaCl
- это реакция окисления натрия и восстановления хлора.
В батарейке происходит (например) окисление лития и восстановление кадмия.
А сколько граммов веществ нужно на 1 ампер-час - зависит от суммарной массы всех участников реакции в пересчете на 1 передаваемый электрон.
С учетом того, что
1АЧ = 3600 кулон
1 электрон = 1,6×Е-19 Кл
(1АЧ = 2.25*Е+22 электронов)
1 моль = 6×Е+23 атомов.

То есть с 1 моля электронов в принципе можно получить 26 ампер-часов, если я не наврала в вычислениях
(константы взяты с Вики).

Расчет вроде правильный

[barzel.livejournal.com]

Вроде все правильно, но реакция же в химии идет в обе стороны, то есть реагенты реагируют, но и продукты реакции тоже реагируют, и может вообще наступить равновесие. Все химические реакции, в принципе, обратимы. Кажется, это называется принцип Ле-Шателье. Короче не все 100% электронов отщепляются, некоторые возращаются.

Re: Расчет вроде правильный

[zlata-gl.livejournal.com]

Если батарейка не перезаряжаемая, то предполагается, что реакция идет в одну сторону.
В аккумуляторе - реакция поворачивает назад при подаче внешнего напряжения, выше чем напряжение реакции.

"Короче не все 100% электронов отщепляются, некоторые возвращаются."

Да, это тоже надо учитывать.
Это снижает реальное количество ампер-часов на моль.
Кстати, если к батарейке не подключена нагрузка, то реакция не идет.
А когда продукт реакции (лишние электроны) уходят в нагрузку - это как-то влияет на равновесие.
Именно в сторону окисления лития и восстановления кадмия из соли.

Re: Расчет вроде правильный

[barzel.livejournal.com]

~Кстати, если к батарейке не подключена нагрузка, то реакция не идет.~

А процесс саморазряда? Он может прикончить и батарейку, и разрядить аккумулятор.

А процесс саморазряда?

[zlata-gl.livejournal.com]

ОК, скажем так: ПОЧТИ не идет.

Саморазряд идет много медленнее штатной эксплуатации батарейки.
На каждой батарейке написан срок годности. Полгода-год.
Кстати, этот параметр тоже надо учитывать при проектировании батарейки.

И обратите внимание: идет В ОДНУ СТОРОНУ !
Значит Ле-Шателье не мешает ему.

В описании любого процесса есть "первое приближение".
В электролизе, идущем в батарейке - это передача электронов, которую можно описать в ампер-часах на моль и в вольтах разности потенциалов.