刚刚在骑电动车来地铁站的路上，一瞬间想起最近又看到了关于专家们讨论能量密度的问题，无非是关于汽油、乙醇、氢气、电池这些能量储存介质。无可厚非，在目前而言，液体的能量密度是远大于氢气和电池的，通常认为，目前的技术水平下，汽油的能量密度通常是锂电池的40 – 80倍。
我咨询了一下deepseek，关系汽油的能量的问题，它说：
汽油的能量密度是衡量其单位质量或单位体积所含化学能的关键指标，对汽车燃油效率、续航里程等技术性能有直接影响。以下是基于物化特性和实际应用的详细分析：
1.质量能量密度（单位质量的能量)
- 典型范围：汽油的质量能量密度为 44–46 MJ/kg（兆焦耳/千克），相当于 12.2–12.8 kWh/kg（千瓦时/千克）。
- 热值依据：汽油的低热值（完全燃烧释放的热量）约为 44,000 kJ/kg（即44 MJ/kg），这一数值与其主要成分（C5–C12烃类）的化学键能相关。
2.体积能量密度（单位体积的能量）
- 典型值：按体积计算，汽油的能量密度约为 34.8 MJ/L或 9.2 kWh/L。
- 计算逻辑：
- 汽油密度为 0.72–0.77 g/mL（20°C下），取中间值 0.75 g/mL（即 0.75 kg/L）。
- 结合质量能量密度：
$$0.75 \text{kg/L} \times 46 \text{MJ/kg} = 34.5 \text{MJ/L} \quad \text{或} \quad 0.75 \times 12.7 \text{kWh/kg} \approx 9.5 \text{kWh/L}$$ - 实际常用值为 9.0–9.2 kWh/L，与文献一致。
3.实际应用中的能量对比
- 与电能换算：1升汽油 ≈ 9.2度电（kWh）。例如：
- 丰田卡罗拉百公里油耗约7升，相当于消耗 63度电（7×9.2）；
- 特斯拉Model 3百公里电耗约16度电，仅为燃油车的1/4。
- 与柴油对比：柴油体积能量密度更高（38.6 MJ/L），因此同体积下柴油车续航更长，适合重载运输。
4.与锂电池的能量密度差异
当前主流锂电池能量密度仅为 100–300 Wh/kg（约0.1–0.3 kWh/kg），而汽油高达 12,700 Wh/kg。这意味着：
- 相同能量需求下，1kg汽油等效的电池重量需达 42–127 kg（计算：12,700 Wh ÷ 300 Wh/kg ≈ 42 kg）；
- 同体积比较：1升汽油（9.2 kWh）需约 57.5 kg 电池（以160 Wh/kg电芯计）。
下表直观对比了汽油与锂电池的关键差异：
| 特性 | 汽油| 主流锂电池 |
| 质量能量密度| 44–46 MJ/kg
(12.2–12.8 kWh/kg) | 0.36–1.08 MJ/kg
(100–300 Wh/kg) |
| 体积能量密度 | ≈34.8 MJ/L
(≈9.2 kWh/L) | ≈250–700 Wh/L
(0.25–0.7 kWh/L) |
| 等效1升汽油的电池重量 | – | ≈57.5 kg (按160 Wh/kg计算) |
| 百公里能耗等效电量 | 63度电(丰田卡罗拉) | 16度电(特斯拉Model 3) |
5.影响因素说明
- 辛烷值与密度：高标号汽油（如95号）因芳烃含量高，密度略大（约 0.737 g/mL），能量密度微增。
- 温度效应：温度升高导致密度下降（如30°C时密度降低约2%），实际加油需按标准温度（20°C）校正。
6.总结
汽油的高能量密度（12.2–12.8 kWh/kg 或 9.2 kWh/L）使其仍是燃油车的核心能源，但锂电池的持续进化（如固态电池目标 500 Wh/kg）正逐步缩小差距。理解这一指标，有助于优化车辆能效设计及能源转型策略。
——以上是deepseek的回复过程，我比较懒，不看过程了，所以，deepseek不太适合我，它的思考过程太慢。而这时候，我想到另外的问题，问了一百度的文心一言：
“燃烧一千克的汽油需要多少千克空气？能产生多少能量？”
它回复：
- 计算燃烧1千克汽油产生的能量
• 确定汽油的热值：
汽油的热值通常在44MJ/kg – 46MJ/kg之间，这里我们取一个中间值45MJ/kg。
• 计算燃烧1千克汽油产生的能量：
根据热值的定义，燃烧1千克汽油产生的能量E=45MJ/kg×1kg=45MJE = 45MJ/kg\times1kg = 45MJE=45MJ/kg×1kg=45MJ。
答案
燃烧一千克的汽油大约需要14.7千克空气，能产生约45兆焦（MJ）的能量。 - 计算燃烧1千克汽油所需空气量
• 确定汽油的代表成分及燃烧反应式：
汽油主要成分以辛烷（C8H18C_8H_{18}C8H18）为例，其完全燃烧的化学方程式为2C8H18+25O2→16CO2+18H2O2C_8H_{18} + 25O_2 \rightarrow 16CO_2 + 18H_2O2C8H18+25O2→16CO2+18H2O。
• 计算1千克汽油的物质的量：
辛烷的摩尔质量约为114g/mol，1千克（1000g）辛烷对应的摩尔数为n=mM=1000g114g/mol≈8.77moln=\frac{m}{M}=\frac{1000g}{114g/mol}\approx8.77moln=Mm=114g/mol1000g≈8.77mol。
• 计算1千克汽油完全燃烧所需氧气的物质的量：
根据化学方程式，2摩尔的辛烷需要25摩尔的氧气，那么1摩尔的辛烷需要12.5摩尔的氧气。所以8.77摩尔的辛烷需要的氧气摩尔数为8.77mol×12.5molO2/molC8H18=109.625molO28.77mol\times12.5mol O_2/mol C_8H_{18}=109.625mol O_28.77mol×12.5molO2/molC8H18=109.625molO2。
• 计算所需空气的物质的量：
空气中氧气的体积比约为21%，换算成质量比，由于空气的平均摩尔质量约为29g/mol（氮气约占78%，摩尔质量28g/mol；氧气约占21%，摩尔质量32g/mol），氧气的质量比约为23.2%（32g/mol×21%/29g/mol32g/mol\times21\% / 29g/mol32g/mol×21%/29g/mol），这里为方便计算，我们按空气中氧气体积占比21%来计算所需空气的物质的量，所需空气物质的量=109.625mol0.21≈522mol=\frac{109.625mol}{0.21}\approx522mol=0.21109.625mol≈522mol。
• 计算所需空气的质量：
空气的摩尔质量约29g/mol，总质量m=nM=522mol×29g/mol=15138g≈15.1kgm = nM=522mol\times29g/mol = 15138g\approx15.1kgm=nM=522mol×29g/mol=15138g≈15.1kg。但在通常计算中，汽油与空气质量比约为1:14.71:14.71:14.7，所以燃烧1千克汽油大约需要14.7千克空气。
于是，我还是懒，再问了下面的问题：
“45兆焦（MJ）的能量，在当前锂电池的能量密度情况下，需要多少千克锂电池储存？”
它回复：
要计算储存45兆焦（MJ）能量在当前锂电池能量密度下所需的锂电池质量，我们首先需要了解当前锂电池的能量密度。
1.锂电池能量密度概述
锂电池的能量密度通常以瓦时每千克（Wh/kg）或兆焦每千克（MJ/kg）来表示。近年来，随着技术的进步，锂电池的能量密度已经有了显著的提升。然而，具体的能量密度值会因电池类型、制造工艺和材料选择的不同而有所差异。
为了本次计算，我们假设一个当前较为先进的锂电池能量密度为250Wh/kg。为了将其转换为兆焦每千克（MJ/kg），我们需要知道1瓦时（Wh）等于0.0036兆焦（MJ）。因此，250Wh/kg等于250×0.0036=0.9MJ/kg250 \times 0.0036 = 0.9MJ/kg250×0.0036=0.9MJ/kg。
2.计算所需锂电池质量
现在，我们可以使用以下公式来计算储存45兆焦能量所需的锂电池质量：
所需锂电池质量（kg）=总能量需求（MJ）锂电池能量密度（MJ/kg）所需锂电池质量（kg） = \frac{总能量需求（MJ）}{锂电池能量密度（MJ/kg）}所需锂电池质量（kg）=锂电池能量密度（MJ/kg）总能量需求（MJ）
将已知数值代入公式中：
所需锂电池质量=45MJ0.9MJ/kg=50kg所需锂电池质量 = \frac{45MJ}{0.9MJ/kg} = 50kg所需锂电池质量=0.9MJ/kg45MJ=50kg
3.结论
在当前锂电池能量密度为0.9MJ/kg（或250Wh/kg）的情况下，储存45兆焦能量大约需要50千克的锂电池。需要注意的是，这个计算是基于假设的能量密度值，实际所需的锂电池质量可能会因电池技术的不同而有所变化。随着锂电池技术的不断进步，未来所需的锂电池质量可能会进一步减少。
**我能否粗糙地理解，在储存45兆焦能量时，汽油+空气，约为15.7千克，约等于16千克；而用当前锂电池储存，则需要50千克。也就是说，能释放45兆焦耳的能量时，锂电池的质量是汽油（必要加上空气啊，虽然空气不储存在油箱里)的3-4倍。但进一步思考，汽油释放的能量，有效被利用的，通常用热值率表示？大概是在20-30%间，高效发动机在35-40%间。
我能不能更加粗糙地理解，同样的质量下，汽油和锂电池释放出来能被有效利用的能量，两者没差多少嘛。
——来自昨晚没睡好，早早起来上班的人，在地铁上的胡思乱想。
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