你知道電動(dòng)車的鋰電池和鉛酸電池各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-06 16:59
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其中，以鉛酸蓄電池為數(shù)量最多。鉛酸蓄電池的價(jià)格最低，也最常用，中國(guó)是全世界鉛酸蓄電池最大的生產(chǎn)國(guó)。其含污染的成分比較少，可回收性好。缺點(diǎn)是比容小。也就是說，在同樣的容量下，電池重量和體積都大。目前的鉛酸蓄電池基本上是由浮充類型的電池發(fā)展而來的。浮充電池不適應(yīng)快速充電和大電流放電，雖然技術(shù)人員的花費(fèi)了大量的心血進(jìn)行了卓有成效的改進(jìn)，可以進(jìn)入實(shí)用了，但是其壽命還是非常不理想的。
膠體電池屬于鉛酸蓄電池的一種發(fā)展分類，最簡(jiǎn)單的做法，是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液變?yōu)槟z態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。廣義而言，膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別不僅僅在于電液改為膠凝狀。
例如非凝固態(tài)的水性膠體，從電化學(xué)分類結(jié)構(gòu)和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結(jié)附高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應(yīng)用特色。近期已有實(shí)驗(yàn)室在極板配方中添加一種靶向偶聯(lián)劑，大大提高了極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率，據(jù)非公開資料表明可達(dá)到70wh/kg的重量比能量水平，這些都是現(xiàn)階段工業(yè)實(shí)踐及有待工業(yè)化的膠體電池的應(yīng)用范例。
膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別，從最初理解的電解質(zhì)膠凝，進(jìn)一步發(fā)展至電解質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)特性研究，以及在板柵和活性物質(zhì)中的應(yīng)用推廣。其最重要的特點(diǎn)為：用較小的工業(yè)代價(jià)，沿已有150年歷史的鉛酸電池工業(yè)路子制造出更優(yōu)質(zhì)的電池，其放電曲線平直，拐點(diǎn)高，比能量特別是比功率要比常規(guī)鉛酸電池大20%以上，壽命一般也比常規(guī)鉛酸電池長(zhǎng)一倍左右，高溫及低溫特性要好得多。
鋰離子電池
鋰離子電池的比容要好于鎳氫電池，對(duì)于同樣容量的鉛酸蓄電池來說，鋰離子電池的重量相當(dāng)于一臺(tái)筆記本電腦，這樣老弱婦孺就都可以使用了。其壽命也可以比鎳氫電池做得好。目前的手機(jī)電池基本上都是采用這種電池。鋰電池的內(nèi)阻相對(duì)比較大，在電動(dòng)自行車上使用會(huì)出現(xiàn)電池即將完全放電的時(shí)候感覺車的動(dòng)力不足。鋰離子電池更主要的問題是在過充電和過放電狀態(tài)電池會(huì)發(fā)生爆炸，手機(jī)電池都是使用的單體電池，再經(jīng)過良好的保護(hù)電路來配合使用，基本上杜絕了電池爆炸的問題。而在電動(dòng)自行車上使用，必須要使用串連電池組，而串連電池組的保護(hù)電路的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單體電池的保護(hù)電路，其材料成本也大大增加。目前一個(gè)良好的鋰電池保護(hù)電路的成本接近電池本身的價(jià)格。而聚合物鋰電池的爆炸殺傷力低于鋰離子電池，但是，也存在著爆炸和燃燒的可能性。這也是與鋰離子電池一樣需要解決問題的。
總的來看電池有三種主要類型，一是化學(xué)電池，二是物理電池，三是生物電池?；瘜W(xué)電池我們一會(huì)兒再說，先簡(jiǎn)單看一下物理電池和生物電池。物理電池包括光電池，也就是利用光照后就會(huì)產(chǎn)生電流的物質(zhì)，將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，比如太陽能電池就是典型的光電池。還有溫差電池，它可以將物質(zhì)的溫差轉(zhuǎn)化為電能。還有原子能電池，它可以利用放射性物質(zhì)放出的射線來獲得電能，所以壽命很長(zhǎng)，多裝載于人造衛(wèi)星之上。生物電池目前主要包括兩種，一是酶生物燃料電池，它的原理是通過使用酶這一催化劑，在室溫下，使氫氣、甲醇、葡萄糖等材料，與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而獲得電能。二是微生物電池，其原理是利用微生物進(jìn)行與酶電池同樣的反應(yīng)。
溫差電池
而至于目前在電池家族中挑大梁的化學(xué)電池，我們可以將其分為兩類，一類是沒電了就扔的一次性電池，代表是鋅錳干電池、堿性干電池和鋰電池。這三種電池的正極都是二氧化錳，而負(fù)極分別為鋅、鋅和鋰。另一類是沒電了再充電的二次電池，代表是鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池，還有我們手機(jī)、電腦里使用的鋰離子電池。這四種電池的正極分別為二氧化鉛、氫氧化鎳、氫氧化鎳和鈷酸鋰，而負(fù)極分別為鉛、鎘、儲(chǔ)氫合金和石墨。
除了這兩大類之外，化學(xué)電池中還有一個(gè)特殊的存在，這便是燃料電池，其原理是利用氫等燃料與氧反應(yīng)從而產(chǎn)生電。比如說如果以氫為燃料，那么就會(huì)發(fā)生與水的電解相反的反應(yīng)從而產(chǎn)生電，而且氫燃料電池的反應(yīng)產(chǎn)物只有水，所以對(duì)環(huán)境沒有污染。
物理電池、生物電池與燃料電池產(chǎn)生電的原理不難理解，那么傳統(tǒng)的化學(xué)電池究竟是怎么產(chǎn)生電的呢？
簡(jiǎn)單來看，化學(xué)電池是一種通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電的裝置。氧化反應(yīng)釋放電子，而還原反應(yīng)得到電子，這兩種反應(yīng)分別在不同的場(chǎng)合進(jìn)行，如果將它們用導(dǎo)線連接起來，導(dǎo)線中就產(chǎn)生了電子的流動(dòng)，也就是產(chǎn)生了電流。為了促使各個(gè)反應(yīng)分別在正極和負(fù)極發(fā)生，在它們周圍存在著“電解質(zhì)”。另外，在實(shí)際的電池中，為了防止正負(fù)極相連發(fā)生短路，正極和負(fù)極是用絕緣的分隔裝置分隔開的。
電池原理
知道了這一簡(jiǎn)單的原理，我們?cè)诩抑芯涂梢灾谱鞒鲆粋€(gè)簡(jiǎn)易的電池。找一片銅片和一片鋁片，在它們中間夾進(jìn)去幾張滲入鹽水的餐巾紙，最好把餐巾紙折疊幾層。然后把銅片和鋁片用導(dǎo)線連接起來。此時(shí)，鋁從鋁片上溶解進(jìn)鹽水，并將電子釋放在導(dǎo)線上，而銅片則從導(dǎo)線處獲得電子，這樣就在導(dǎo)線上形成了微弱的電流。這種電池的負(fù)極是鋁片，正極是銅片，鹽水便是電解質(zhì)。
我們知道，不同的化學(xué)電池有著不同的電壓，那么其原因何在呢？這是因?yàn)?，易于釋放電子或者易于獲得電子，其難易程度隨著物質(zhì)的不同而不同。而電池的電壓正是由各種物質(zhì)電子釋放的難易程度和獲得的難易程度所決定的。容易釋放電子的物質(zhì)，按容易程度從高到低包括鋰、鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鋅等，所以這些物質(zhì)可以做電池的負(fù)極。而容易獲得電子的物質(zhì)，按容易程度從高到低包括金、鉑、銀、汞、銅等，所以這些物質(zhì)可以做電池的正極。正負(fù)極金屬的離子化傾向差別越大，就越有大量的電子同時(shí)移動(dòng)，也就能制造出電壓越高的電池。
說起電池的歷史，可以追溯到1800年意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明的伏打電池。后來，1888年德國(guó)人卡爾-加斯納發(fā)明了干電池，自此，電池才得以開始廣泛應(yīng)用。而在此之前，電池中使用液體電解質(zhì)，攜帶起來十分不方便。加斯納把石膏的粉末混入液體之中，這樣液體就不會(huì)流出來了。現(xiàn)在我們常見的干電池是鋅錳干電池和堿性干電池。這兩種電池的相同之處在于它們的電極都是用了鋅和二氧化錳。所以，這兩種電池的電壓都是1.5V。不過，堿性干電池將負(fù)極上的鋅加工成了糊狀，這就大大增加了負(fù)極的表面積，所以可以進(jìn)行大電流放電，從而提高電池的性能。另外，堿性干電池的電解液里使用的是比較容易導(dǎo)電的堿性溶液，所以，相比于鋅錳干電池，堿性干電池的特征就是可以高效地產(chǎn)生電流，并且電壓下降得比較緩慢。如此一來，即便兩種電池使用的是同一種材料，它們的性能也會(huì)隨著電極形狀和配置的不同而存在著很大的差別。
