这几天看到网络上关于新能源的一些展望.
因为对物理方面也比较感兴趣, 大致总结了以下几条信息.
1: 蓄电池,可充电池.
铅酸电池,铁电池,镍镉电池,镍氢电池,锂电池等等, 以可逆化学反应为基础的蓄能器件.
目前的实用能量密度约为:450Wh/dm^3 或者 150Wh/kg
根据日本最新公布的研究成果, 已经做到的实验室效果是6200Wh/kg, 不过估计离开批量实用还有很久.
以一般的笔记本锂电池容量为例, 容量大约在20--60Wh之间
2:高能电容.
这个比较新, 世博会里面就有使用电容作为能源的公交车,不过貌似每几站就得充电,
看来这个能量密度是高不了的.
电容的原理, 无非是两块平行电极相互绝缘, 电极加上电压后电量会储存到电极里面. 此时将两个电极串接, 就会形成电流做功.
电容的单位是法拉, 即: 电容的两个电极电压为1伏特时,电容充电的电量为1库伦 1F=1K/V, 不过实际上这个单位是非常大的,
我们通常生活中遇到的电容单位都是用微法(uf),皮法(pf), 1F=1000000uf, 1uf=1000000pf...
一般用到的比较大的也就是电源整流中的电解电容最大10000uf左右,合折0.01F
假设一个耐压25v的10000uf电解电容, 充电电压为10v的时候, 充电电量为 10v * 0.01f=0.1c(库伦), 放电的时候做功为 10v * 0.1c=1J(焦耳)
因为电容的充电电量和电压成正比, 而电流做功也是和电压成正比, 所以 电容能量 W=C * V^2 (和电容成正比, 和电压平方成正比)
所以与其一味的提高电容容量, 不如提高电容的耐压. 耐压高了, 可加电压就高, 电容能量存储就越多.
按照上面的推论, 我们换成4700uf耐压80v的电解电容看看, 我们用36v电压充电, 最终能量为: 0.0047 * 36 * 36 约等于6J
3:能量单位换算:
这里有个单位换算的过程, 前面因为是电池,用的能量单位是Wh 即: 瓦.时, 1瓦时=功率为1瓦的电器使用1小时的能量, (我们平时家用电表那个"度"是千瓦时:KWh)
又因为1W=1焦耳/秒, 所以 1Wh= 3600J(焦耳), 按照一般笔记本3芯电池电量越24Wh来算, 那么每芯可提供的能量约为 8Wh = 28800J 大概是上面那个36V充电的电容的4800倍
唉,这样看来,用电容作为续航能源实在是没搞头啊.
就算笔记本电池的体积要稍微比电容大些, 我就算它是一倍吧, 那么也差了2400倍, 这是什么概念呢? 就是说如果一般的6芯电池如果能撑住笔记本2个小时的工作,
那么将它们换成上面那种4700uf的电解电容,并且充满电,大概可以支持 3秒钟, 真是令人沮丧的计算.
4:新型电容
看来无线电爱好者手里的大家伙(电解电容)实在是无法满足储能的应用了, 不过其他类型的电容也一直在研究中, 比如"法拉电容", 看这名字就知道, 这货的起点单位就是F(法拉)
最小的也有0.1F, 大的有数千F, 这样的话, 假设一个100F的电容,10v电压充电,就能得到10000焦耳的能量了, 约为3Wh不到点, 很接近实用了.
加上电容充电时间快, 内阻小发热低, 无记忆效应,不久就会看到基于电容为能源的电器出现了, 顺便说一下, 我已经看到市场上有种可充电的电蚊拍,用的就是电容.
