化学電池の理論上の最高エネルギー密度はどれくらいですか？

これは物理学/化学/ナノテクの質問ですが、化学電池（または燃料電池）から得られる理論上の最良のエネルギー密度は、原子を望みどおりに配置できる場合はどうなりますか？私は、Diamond Ageで説明されているナノテク電池について考えています。現在のテクノロジーと比較してどうですか？

これは約、具体的である化学的充電状態ではなく、原子力、反物質で原子バイ原子を構築することができ、電池、CAM、または他のよりエキゾチックな技術。

この質問に対する実際の答えはわかりませんが、答えの最小の上限と、本当の答えを見つけ出す方法は知っています。

バッテリーの科学者には、最大理論比エネルギーと呼ばれる測定基準があります。Robert HugginsによるAdvanced Batteriesの定義について読むことができます。現在、購入できる最もエネルギー密度の高いバッテリーはリチウムイオンで、100-200 Wh / kgの範囲です。最良のバッテリーが何であるかはわかりませんが、本の後半で、HugginsはLi / CuCl ₂セルのMTSEが1166.4 Wh / kgであることを示す計算を示しています。（現在のバッテリーの5倍の容量！）

最も高いMTSEは少なくとも1166.4 Wh / kgであることを知っています。彼の方法を使用して他の化学について同じ値を計算できますが、検索スペースはかなり大きくなります。

また、インターネット上で、MTSEがそれぞれ2815および5200 Wh / kgのLi / O ₂およびAl / O ₂バッテリーへの参照を見てきました。これらの参照がどれほど信頼できるかはわかりません。電気化学学会誌のこの2008年の記事のような後の参考文献は、Li / O ₂セルのMTSE は約1400 Wh / kg であることを示唆しています。

「バッテリー」を広げて、化学反応に基づいて（魔法の手段を介して）電気を生成する何らかのデバイスを意味する場合、100％の効率の上限は、反応の化学エンタルピーになります。

理論上の「砂糖+空気」バッテリーの計算：

• グルコースの標準燃焼エンタルピー：−2805 kJ / mol（これは標準元素への分解を超えた近道だと思いますか？）
• 2805 kJ / mol / 180 g / mol = 4328 W・h / kg

最も化学的に密度の高い化合物が何であるかはわかりませんが、それをそのまま接続することができます。

原子力電池はさらに魔法のようになる可能性があります、E =mc²：

• 1 kg×c²= 2.5×10 ** 13 W・h

現在の最先端のリチウム/硫黄電池は約350 Wh / kgです。したがって、記載されている多くの化学物質のように不得意ではありません。

詳細情報は次のとおりです：https : //en.wikipedia.org/wiki/Lithium-sulfur_battery

燃料電池は、バッテリーよりも高いエネルギー密度を持ちますが、電力密度は低くなります。一方、コンデンサの電力密度は高くなりますが、エネルギー密度は低くなります。

これらの理論値を考慮してください

エネルギー密度=電圧×容量

電力密度=電圧×電流

容量=ファラデーconst x＃転送された電子（例：リチウムイオン電池の場合は1）x 1 / MW

電流は容量と放電速度に依存します。たとえば、C / 2レートでは、2時間で完全に放電するため、総容量が100 mAh / gの場合、1 gで電流は50 mAになります。2Vのバッテリーがあるとすると、1gで100 mWの電力になります。（このバッテリーのエネルギー密度も200 mWh / gになります）

電圧= E0cathode-E0anode、E0 =-Delta G（Free Gibbs Energyの場合）/（#charges x Faraday const）

アノードで金属イオンの還元がある最も一般的な場合（Liイオンを含む）E0anodeは金属の還元電位です。http：//en.wikipedia.org/wiki/Standard_electron_potential_%28data_page%を参照してください。 29

たとえば、Li + + e−はLi（s）と平衡状態にありますE0 = −3.0401 V