Energiedichte von Batterietypen und Formel

Die Energiedichte bezieht sich auf die Energiemenge, die eine Batterie im Vergleich zu ihrer Größe bereitstellt. Es ist zu einer wichtigen Metrik geworden, insbesondere bei modernen Geräten. Die meisten Geräte benötigen heutzutage viel Energie, aber von einer kleinen Batterie.

Je höher die Energiedichte einer Batterie ist, desto länger kann sie Ladung abgeben. Batterien mit hoher Energiedichte sind deshalb gefragt, weil sie weniger Platz beanspruchen. Beispielsweise benötigen elektronische Geräte wie Smartphones, Laptops und Tablets Batterien mit hoher Dichte, um sie über einen langen Zeitraum mit Strom zu versorgen. In diesem Artikel werde ich Sie durch alles führen, was Sie über Energiedichte wissen müssen.

Die Energiedichte der Batterieformel

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Energiedichte einer Batterie zu ermitteln. Die erste Methode ist als gravimetrische Energiedichte bekannt. Dieser gibt an, wie viel Energie eine Batterie im Verhältnis zu ihrem Gewicht enthält. Die zweite Methode wird als volumetrische Energiedichte bezeichnet. Bei dieser Methode teilst du die Energie einer Batterie durch ihr Volumen.

Die Batterieenergie wird normalerweise in Wattstunden gemessen. Es entspricht dem Verbrauch von einem Watt in einer Stunde. Um die Energiedichte zu erhalten, müssen wir daher Wattstunden, die seine Energie sind, durch sein Gewicht (kg oder g) oder durch sein Volumen (Liter) dividieren.

Gravimetrische Energiedichte = Wattstunden / Gewicht

Volumetrische Energiedichte = Wattstunden / Volumen

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Der erste Schritt besteht darin, die Wh der Batterie zu bestimmen. Als nächstes müssen Sie das Gewicht oder Volumen der Teilung bestimmen. Sie können die Antwort als Wh/Kg oder Wh/L angeben. Beachten Sie, dass bei der Berechnung der Energiedichte anderer Energiequellen diese mehr als 1000 Wh/kg betragen kann. Daher können Sie die Antwort als KWh/kg oder KWh/L darstellen. Denn 1000 Wattstunden ergeben 1 Kilowattstunde.

Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Energiedichte von der Leistungsdichte unterscheidet. Ersteres bezieht sich auf die gespeicherte Batterieenergie im Vergleich zu ihrem Volumen oder Gewicht. Im Gegensatz dazu bezieht sich die Leistungsdichte auf die abgegebene Leistung pro Kilogramm. Einfach ausgedrückt misst die Energiedichte die Menge an Energie, die eine Batterie enthält, während die Leistungsdichte misst, wie viel sie produziert.

Energiedichte von Batterietypen

Batterien halten je nach chemischer Zusammensetzung unterschiedliche Energiedichten. Werfen wir einen Blick auf die Energiedichten der am häufigsten verwendeten Batterietypen.

Lithium-Kobalt-Oxid

lithiumkobaltoxid hat eine der höchsten Dichten, die zwischen 150 und 200 Wh/kg liegt. Die Kathode besteht aus Kobalt. Zwischen der Kathode und der Anode liegt eine Schichtstruktur, um die Bewegung der Lithium-Ionen zu ermöglichen. Lithium-Kathoden-Batterien sind in Elektrofahrzeugen, Laptops und Mobiltelefonen beliebt.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Obwohl sie die meiste Energie speichern, sind Lithium-Kobaltoxid-Batterien sehr teuer. Dies liegt daran, dass sie knapp sind und die Nachfrage nach Elektroautos steigt.

lithium-nickel-mangan-kobaltoxid-Batterien

NMC-Batterien haben eine hohe Energiedichte, die von 150 Wh/kg bis 220 Wh/kg reicht. Nickel und Mangan werden hinzugefügt, um die Stabilität zu erhöhen. Es wird auch in Elektrofahrzeugen, E-Bikes und medizinischen Geräten verwendet. Die Chemie in dieser Batterie bestimmt ihre Energiedichte. Nickel ist bei hoher Energiedichte instabil, während Mangan bei niedriger Energiedichte stabil ist.

Bleisäure (SLA/VLRA

Bleibatterien haben die geringste Energiedichte. Sie fassen etwa 30 bis 40 Wh/kg, was 60 bis 75 Wh/L entspricht. Bleisäure ist einer der ältesten Batterietypen, die jemals hergestellt wurden. Trotz ihrer geringen Energiedichte werden sie für viele Anwendungen eingesetzt, beispielsweise zum Starten des Automotors.

Nickel-Metallhydrid

Nickelmetallhydrid, im Volksmund als NiMH bekannt, hat eine Energiedichte von 100 Wh/kg. Diese Batterien haben im Vergleich zu NiCd-Batterien eine höhere Energiedichte. NiMH-Akkus sind beliebt, weil sie weniger anfällig für Explosionen und Auslaufen sind. Aus diesem Grund werden sie häufig als Alternative zu Alkalibatterien verwendet

Alkaline Batterie

Die Energiedichte von Alkalibatterien reicht von 85 bis 190 Wh/kg. Es bezieht seine Energie aus einer chemischen Reaktion zwischen Mangandioxid und Zinkmetall. Alkaline-Batterien werden aufgrund ihrer langen Haltbarkeit und höheren Energiedichte gegenüber Zinkcarbonat-Batterien oft bevorzugt.

Energiedichte der Batterie vs. Flugbenzin

Das einzige, was zwischen der Zukunft fliegender Autos steht, ist die Energiedichte. Das ist auch einer der Gründe, warum wir für Flugzeuge und Raumfähren immer noch auf Benzin und Düsentreibstoff setzen. Einfach ausgedrückt sind die meisten Batterien schwer und haben eine unzureichende Energiedichte für solch fortschrittliche Anwendungen.

Selbst wenn Sie die fortschrittlichsten und dichtesten Batterien vergleichen, sind sie noch lange nicht in der Nähe von Kerosin. Beispielsweise hat ein Tesla Model 3 Akku eine Energiedichte von 207 Wh/kg. Aus Sicht eines Elektroautos sind das gute Zahlen, aber zu wenig für die Flugnavigation.

Düsentreibstoff hat eine Energiedichte von 9,6 KWh/l, was etwa 50-mal dichter ist als lithiumbatterien. Aufgrund der Ineffizienz der internen Verbrennung verringert sich die Dichte jedoch auf etwa das 14-fache der von Batterien. Dabei werden 1000 Pfund Batterien im Vergleich zur Energiedichte von 1000 Pfund Kerosin berücksichtigt.

Forscher sagen, dass die Energiedichte von Batterien auf der Grundlage der aktuellen Entwicklungstrends in 30 Jahren der von Düsentreibstoff entsprechen könnte. Viele Unternehmen investieren viel, um Batterien energiedichter und effizienter zu machen. Das bedeutet, dass fliegende Autos das städtische Verkehrssystem beinahe stören werden.

Die Batterien, auf die die meisten Hersteller setzen, umfassen Lithium-Sauerstoff, Nickel-Eisen und Magnesium. Darüber hinaus investieren einige Unternehmen auch in Festkörperbatterien. Diese Arten von Batterien könnten eine höhere Dichte bieten als solche, die auf Elektrolyten auf Polymer- oder Flüssigkeitsbasis beruhen.

Abgesehen von fliegenden Autoanwendungen werden zukünftige Batterien eine wichtige Rolle bei der Speicherung sauberer Energie spielen. Viele Institutionen werden es möglicherweise annehmen, wenn der Kampf gegen den Klimawandel sich verschärft. Die Zukunft des elektrischen Fliegens ist nur noch wenige Entwicklungen entfernt. Nationale Regierungen und große Unternehmen sind Vorreiter, um sicherzustellen, dass Batterien eine hohe Energiedichte erreichen, die der von Flugbenzin nahe kommt oder sogar noch darüber hinausgeht. Die größte Herausforderung für die Industrie ist die Verfügbarkeit von Rohstoffen. Der Abbau von Lithium ist teuer, da viel Wasser benötigt wird. Andererseits schrumpfen die Kobaltvorkommen.