分析下锂電池，及其能量密度

近來在做四軸，感慨于電池的無奈。我所用的電池有兩個，都是11.1V(3S)，2200mAh，170克，價格約100元。折合的能量密度是142Wh/Kg。倒是符合一般锂電池能量密度的範疇，即100~150Wh/Kg。

但是這麼個電池，也就可以飛15~20分鐘，很是無奈。為了可以尋求辦法飛的更久一些，研究下電池的現狀。

我之前經常忽悠别人的一個說法是，化學電池進化到锂(Li)就已經是極限了。因為一種元素能夠攜帶的電荷密度越高，電池到達能量密度就越高。Li已經是所有固體元素中品質最小的了。

而Li的質子數是3，最穩定的兩種同位素是6Li和7Li，最常見的7Li，其豐度為0.9241，我們下面就假設隻分析7Li。但是因為最底層的電子軌道上的兩個電子是穩定的，是以相當于7個質子/中子的重量能提供一個電子的電荷。

然後再算質子，其帶的電荷是1.6*10^{-19}C，重量是1.6*10^{-27}Kg。并且假設電子不算重量，而中子的重量是跟質子一樣的。

當然這還不是全部，畢竟要讓锂電池放電，還需要構成電池，以常用的锂聚合物電池的反應：LiCoO2+6C，會放出一個電子的電荷。

其中用到的Co，常見的擁有27個質子，32個中子。O，常見的擁有8個質子，8個中子。C，常見的擁有6個質子，6個中子。

所有這些算一起，一共有82個質子，88個中子。一共相當于170個質子/中子的重量，才能提供1個電子的電荷。

如果按照這樣來計算，锂聚合物電池能提供的極限電荷密度是588235C/Kg，假設锂聚合物電池的電壓是3.6V，轉換為能量密度則是588Wh/Kg。

是以現在來看化學家已經能把锂電池的效率做到24%，已經很不錯了。當然，現實也很骨感，锂聚合物電池的極限也就是如此。

想要繼續提高锂電池在化學方式上的能量密度，就需要改用其他化學反應，具體什麼我不清楚，畢竟十多年沒碰化學了，但是相信能玩的空間很有限。

實體方法存儲能量呢，我倒是參考過一些方法，比如飛輪之類的。按我的看法，宏觀的能量假如簡單的分為動能和勢能。比如電容存儲的是電勢能，而電感存儲的是電動能。則勢能的存儲效率相對較高，而動能在存儲過程中則很容易發生自身損耗。是以呢，任何用動能類的方式存儲能量的，在我看來都不靠譜。

最近幾年移動裝置的流行，使得電池的重要性不斷提高。各種據說是對電池的突破性研究也不斷見諸報端。都是動則說是幾十倍、上百倍的容量提高。不過按照如上分析，估計還是不太靠譜的。化學電池距離極限已經不遠了，實體方面動能方法則在存儲損耗上很扯淡。

至于超級電容(法拉電容)，大家也不要高興，那玩意擁有很高的功率密度，功率密度，功率密度，功率密度，功率密度。我要重複5遍，以示警告。所謂功率密度，就是放電速度快。但是能量密度方面，距離锂電池還遠着呢。最近的Intel青年科學家獎裡那個跑龍套的女孩，也是利用其他科學家的成果，使得超級電容的能量密度提高到20Wh/Kg而已，而真正研究該技術的團隊也隻是将其能量密度提高到60~70Wh/Kg。

好吧，分析了半天，連對錯都沒譜。盡管以前化學學的不錯，但是畢竟高中畢業後的11年來再也沒有碰過化學，如果計算上有什麼錯誤歡迎指正。結論呢，就是相對悲觀，短期内不會有什麼好用的電池了。