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.
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
Садовод, огородник, дачник с руками. Пишу о том, что сам посадил, построил или починил. Теорию оставлю другим — я проверяю всё на практике. Ведь только личный опыт даёт те самые правильные и нужные знания.

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

Крылья бабочек создают оптическую иллюзию в полете, заставляя хищников промахиваться

В живой природе дневные бабочки представляют собой заметную и уязвимую цель. Они летают в светлое время суток, их крылья покрыты яркими полосами и пятнами, а частота взмахов относительно мала....

В ракету «Аполлон-12» дважды ударила молния в первую минуту полёта к Луне

14 ноября 1969 года «Аполлон-12» отправился к Луне под дождём. Через 36,5 секунды после старта в ракету Saturn V ударила молния, а на 52-й секунде последовал второй разряд. В кабине загорелись...

Технологическая сингулярность уже наступила? Как ИИ-агенты вышли из-под контроля, но провалили базовые тесты на логику

В последние месяцы руководители крупнейших компаний по разработке программного обеспечения сделали ряд громких заявлений. Они сообщили, что развитие искусственного интеллекта подошло к моменту...

Сверчок вместо термометра: можно ли определить температуру воздуха по частоте его стрекота

Тёплым вечером стрекот сверчков кажется просто частью летнего шума. Но стоит прислушаться несколько ночей подряд, и обнаруживается любопытная закономерность: в жару «музыка» становится заметно...

«Коллапс знаний»: почему ИИ-чат-боты делают наше мышление более плоским и стереотипным

Поисковые системы меняют привычный формат работы. Вместо списка ссылок на независимые сайты пользователи все чаще видят готовые текстовые ответы, сгенерированные искусственным интеллектом прямо на...

Почему самую высокую плотину Италии никто не использует

На севере Италии, в узкой долине на реке Вайонт по сей день можно увидеть грандиозную плотину в 260 метров высотой. Даже сегодня она кажется прямо скажем гигантской, а в 60-е официально была самой...