Почему батарея в вашем телефоне работает на литии, а не на взрывном цезии? Потому что он легче и даёт больше энергии на килограмм веса

✦ ИИ  Этот пост, предположительно, был создан при помощи искусственного интеллекта
Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Статья | Питание и аккумуляторы

Наверняка видели в сети ролики, где в воду кидают кусочек металла, и следует оглушительный хлопок. Обычно в главной роли там выступает цезий. Казалось бы, вот она, чистая мощь. Бери и делай из него самые крутые батарейки. Но в вашем телефоне стоит аккумулятор на основе его «хилого» младшего брата, лития. Чтобы понять такой, на первый взгляд, нелогичный выбор, нужно разобраться в физике и химии процесса.

Сразу оговорюсь: при определённых условиях и литий может повести себя очень бурно. Но в стандартном демонстрационном опыте разница в реактивности колоссальна, и именно этот парадокс мы и разберём.

Нижняя ампула — тот самый цезий. Да, он действительно золотой, и в этом виновата теория относительности. Красиво, тяжело и абсолютно непрактично для аккумулятора в вашем кармане.
Автор: ErpingWu Источник: commons.wikimedia.org

Что такое «активность»? Скорость против силы

Химическая «активность» и «энергоёмкость» — совершенно разные понятия.

Активность щелочных металлов определяет их готовность как можно быстрее отдать свой единственный внешний электрон. Чем больше атом, тем дальше электрон от ядра, тем слабее он притягивается. Тем легче его «оторвать». У цезия самый большой атом, поэтому он чемпион по скорости реакции. Его взрыв в воде — результат мгновенной отдачи энергии. Всё дело в скорости.

Энергоёмкость же показывает, сколько энергии можно запасти в определённом весе вещества. Именно она важна для создания портативной батарейки. Здесь и начинается самое интересное.

Разбираем на атомы: почему литий выигрывает по весу

Возьмём калькулятор. Откроем таблицу Менделеева и посмотрим на атомные массы:

  • Литий (Li): ~7 единиц
  • Цезий (Cs): ~133 единицы

Цезий тяжелее лития почти в 19 раз.

Теперь представим, что мы взяли 100 грамм лития и 100 грамм цезия. Количество «рабочих единиц» (атомов) в каждом куске будет кардинально отличаться. Благодаря своему малому весу, в куске лития почти в 20 раз больше атомов, чем в куске цезия той же массы.

Да, каждый отдельный атом цезия при реакции производит больше энергии, чем атом лития. Но поскольку в том же весе лития атомов-«носильщиков» в 20 раз больше, их суммарный энергетический потенциал оказывается значительно выше. Литий — абсолютный чемпион по количеству энергии на килограмм. Именно он и стал основой современных аккумуляторов.

Почему цезий — плохой выбор в любом случае

Даже если бы цезий был таким же энергоёмким, он настоящий кошмар для любого практического применения.

  • Он почти в 4 раза плотнее лития. Аккумулятор для телефона весил бы как кирпич.
  • Цезий самовоспламеняется на влажном воздухе. Малейшая разгерметизация аккумулятора в кармане привела бы к тяжелейшим химическим ожогам.
  • Цезий — редкий и дорогой металл. Литий гораздо более распространён и дешёв в добыче.
  • У цезия есть уникальная особенность: красивый золотистый цвет. Причина, как ни странно, кроется в теории относительности Эйнштейна. Из-за огромного ядра электроны цезия разгоняются до околосветовых скоростей, их масса растёт, орбитали сжимаются, и атом начинает поглощать синий свет, отражая жёлтый. Да, цвет металла объясняется релятивистикой. Круто, но для массового производства аккумуляторов неважно.

Что в итоге

Выбор лития для аккумуляторов — не компромисс. Это всего лишь простой расчёт. Производители выбрали не тот металл, что громче взрывается, а тот, что при минимальном весе способен запасти и отдать максимум энергии.

Эффектные взрывы цезия — отличное шоу для YouTube. Но когда речь заходит о реальных устройствах в наших карманах, побеждает не грубая сила, а холодный расчёт, физика и химия. И по всем этим параметрам скромный и лёгкий литий оставляет своего взрывного и тяжёлого конкурента далеко позади. Вот так-то.

Изображение в превью:
Автор: aistudio.google.com
Источник: aistudio.google.com
Другое
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Разносторонний человек.

4 комментария

Добавить комментарий

a
Почему сравнение именно с цезием? Есть же щелочные металлы натрий и калий.
U
Заголовок статьи зачет, можно даже не открывать.
p
оказывается значительно выше

Но поскольку в том же весе лития атомов-«носильщиков» в 20 раз больше

Цезий тяжелее лития почти в 19 раз.

Он почти в 4 раза плотнее лития

сплошные противоречия и никаких цифр, посчитать емкости — слабо?
A
Сколько там этого лития в аккумуляторе по факту, кот наплакал, если заменить хоть осмием масса акума почти не измкнится

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Исключение Плутона из списка планет раскололо науку и общество: как сорок минут голосования в Праге привели к двадцати годам споров

В августе 2006 года Международный астрономический союз принял решение, которое вызвало один из самых долгих споров в современной науке. Плутон, считавшийся девятой планетой Солнечной системы с...

Пластиковые бутылки и солому превратили в съедобное печенье: инженерные дрожжи успешно переработали бутылки в протеин

Проблема утилизации полимерных отходов и вопрос обеспечения человечества продовольствием всегда рассматриваются как две независимые глобальные задачи. Ежегодно в мире производятся сотни миллионов...

Астрономы раскрыли природу странных радиосигналов из космоса: как катаклизмическая пара карликов порождает всплески каждые 80 минут

В наблюдательной астрофизике сформировалась новая фундаментальная проблема: регистрация источников, которые излучают мощные радиовсплески с необычно большими интервалами — от десятков...

Почему кабачок начинает гнить с кончика, хотя сам плод продолжает расти

С кабачком бывает особенно странная картина: плод вроде бы завязался, начал увеличиваться, стал длиннее и тяжелее, но на самом кончике вдруг появляется мягкое желтоватое или бурое пятно. Через...

Их называли восьмым чудом света — как Розовые и Белые террасы пропали за одну ночь

В XIX веке, задолго до появления реактивных пассажирских лайнеров и массового туризма, сотни состоятельных путешественников из Старого и Нового света отправлялись в плавание длительностью от 3 до 6...

Обморочные козы: почему эти животные постоянно падают в обморок и в чём смысл их разведения

Обморочные козы, известные также как миотонические или теннессийские, представляют собой американскую породу домашних коз, которая привлекает внимание необычной реакцией на внезапный испуг или...