電池與燃料背后的簡單化學

氧化還原

電池與燃料背后的簡單化學

舉幾個例子：

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

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

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

對于大多數(shù)物質(zhì)，電子轉(zhuǎn)移比例都很低，原因前面提到過。由此可見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，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個元素，氫(100%)，碳(66%)，硼(60%)，鈹(50%)，鋰(33%)。

再進一步說，如果我們把一個原子當成電池的負極。那么這個半電池的能量密度(質(zhì)量單位)可以用電子轉(zhuǎn)移數(shù)與原子量來估算。如此以來，上面的比例將更為懸殊。還以氫作為基準：

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

大家很容易發(fā)現(xiàn)，最適合擔任能量載體的兩種元素分別是碳和氫，碳氫化合物，實際上就是我們生活中常見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源，已經(jīng)是自然中的較優(yōu)解了。電池跟各種碳氫化合物相比，可以說是天生不足。