可充電電池的工作原理是什么？電池技術(shù)還有提升的空間嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-31 11:45
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所有的電池都依賴于兩種不同材料之間發(fā)生的還原和氧化(氧化還原)的基本化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)被封裝在一個封閉的容器中。發(fā)生氧化的陰極或正極被陽極或負極還原。陰極和陽極在物理上由電解液隔開，電解液使電子可以很容易地從一端流向另一端。這種電子流動產(chǎn)生電勢，當電路完成時，電勢允許有電流。
一次性消費電池(被稱為一次電池)，如AA和aaa大小的電池，由像Energizer(ENR)這樣的公司生產(chǎn)，依賴于一種不利于現(xiàn)代應(yīng)用的技術(shù)。首先，它們是不可充電的。
這些所謂的堿性電池利用二氧化錳陰極和鋅陽極，由稀釋的二氧化鉀電解液分離。電解液使陽極中的鋅氧化，而陰極中的二氧化錳與氧化的鋅離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電。逐漸地，反應(yīng)副產(chǎn)物在電解質(zhì)中堆積，剩下的待氧化的鋅量減少。最終，電池沒電了。這些電池通常能提供1.5伏特的電力，并且可以按順序排列來增加這個電量。例如，兩個AA電池串聯(lián)提供三伏特的電力。
可充電電池(稱為二次電池)的工作原理大致相同，利用兩種材料之間的還原氧化反應(yīng)，但它們也允許反應(yīng)反向流動。目前市場上最常用的可充電電池是鋰離子電池(LiOn)，盡管在尋找可充電電池的過程中也嘗試了各種其他技術(shù)，包括鎳氫(NiMH)和鎳鎘(NiCd)。
NiCd是第一個商用的可充電電池，用于大眾市場，但由于只能進行有限數(shù)量的充電而受到影響。鎳氫電池取代了鎳鎘電池，能夠更頻繁地充電。不幸的是，它們的保質(zhì)期很短，所以如果在生產(chǎn)后不久不使用它們，它們可能是無效的。LiOn電池解決了這些問題，它裝在一個小容器里，有很長的保質(zhì)期，并允許多次充電。不過，LiOn電池并不是移動設(shè)備和筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品中最常用的電池。這些電池比一次性堿性電池要貴得多，而且通常沒有AA、AAA、C、D等傳統(tǒng)尺寸的電池(參見:鋰離子電池庫存)。
大多數(shù)人熟悉的最后一種可充電電池是液態(tài)鉛酸電池，通常用作汽車電池。這些電池可以提供很多能量(就像冷啟動汽車一樣)，但含有危險物質(zhì)，包括鉛和硫酸，后者被用作電解液。這些電池必須小心處理，以免污染環(huán)境或?qū)κ褂盟鼈兊娜嗽斐缮眢w傷害。
目前電池技術(shù)的目標是創(chuàng)造一種電池，可以匹配或改善獅子電池的性能，但沒有沉重的成本與他們的生產(chǎn)。在鋰離子家族中，人們一直致力于在降低價格的同時添加更多的成分來提高電池的效能。例如，鋰鈷(LiCoO2)的排列現(xiàn)在可以在許多手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機和可穿戴產(chǎn)品中找到。鋰錳電池(LiMn2O4)是最常用的電動工具，醫(yī)療器械和電力傳動系統(tǒng)，如那些發(fā)現(xiàn)在電動汽車。
目前，有團隊正在進行研究和開發(fā)，以提高鋰基電池的性能。鋰-空氣(Li-Air)電池是一項令人興奮的新發(fā)展，它可以實現(xiàn)更大的能量存儲能力——比典型的獅子電池容量多10倍。這些電池通過使用游離氧氧化陽極來“呼吸”空氣。盡管這項技術(shù)看起來很有前途，但也存在一些技術(shù)問題，包括性能下降的副產(chǎn)品迅速增加，以及電池在毫無預(yù)警的情況下突然停止工作的“猝死”問題。
一次性消費電池(被稱為一次電池)，如AA和aaa大小的電池，由像Energizer(ENR)這樣的公司生產(chǎn)，依賴于一種不利于現(xiàn)代應(yīng)用的技術(shù)。首先，它們是不可充電的。
這些所謂的堿性電池利用二氧化錳陰極和鋅陽極，由稀釋的二氧化鉀電解液分離。電解液使陽極中的鋅氧化，而陰極中的二氧化錳與氧化的鋅離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電。逐漸地，反應(yīng)副產(chǎn)物在電解質(zhì)中堆積，剩下的待氧化的鋅量減少。最終，電池沒電了。這些電池通常能提供1.5伏特的電力，并且可以按順序排列來增加這個電量。例如，兩個AA電池串聯(lián)提供三伏特的電力。
可充電電池(稱為二次電池)的工作原理大致相同，利用兩種材料之間的還原氧化反應(yīng)，但它們也允許反應(yīng)反向流動。目前市場上最常用的可充電電池是鋰離子電池(LiOn)，盡管在尋找可充電電池的過程中也嘗試了各種其他技術(shù)，包括鎳氫(NiMH)和鎳鎘(NiCd)。
NiCd是第一個商用的可充電電池，用于大眾市場，但由于只能進行有限數(shù)量的充電而受到影響。鎳氫電池取代了鎳鎘電池，能夠更頻繁地充電。不幸的是，它們的保質(zhì)期很短，所以如果在生產(chǎn)后不久不使用它們，它們可能是無效的。LiOn電池解決了這些問題，它裝在一個小容器里，有很長的保質(zhì)期，并允許多次充電。不過，LiOn電池并不是移動設(shè)備和筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品中最常用的電池。這些電池比一次性堿性電池要貴得多，而且通常沒有AA、AAA、C、D等傳統(tǒng)尺寸的電池(參見:鋰離子電池庫存)。
大多數(shù)人熟悉的最后一種可充電電池是液態(tài)鉛酸電池，通常用作汽車電池。這些電池可以提供很多能量(就像冷啟動汽車一樣)，但含有危險物質(zhì)，包括鉛和硫酸，后者被用作電解液。這些電池必須小心處理，以免污染環(huán)境或?qū)κ褂盟鼈兊娜嗽斐缮眢w傷害。
目前電池技術(shù)的目標是創(chuàng)造一種電池，可以匹配或改善獅子電池的性能，但沒有沉重的成本與他們的生產(chǎn)。在鋰離子家族中，人們一直致力于在降低價格的同時添加更多的成分來提高電池的效能。例如，鋰鈷(LiCoO2)的排列現(xiàn)在可以在許多手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機和可穿戴產(chǎn)品中找到。鋰錳電池(LiMn2O4)是最常用的電動工具，醫(yī)療器械和電力傳動系統(tǒng)，如那些發(fā)現(xiàn)在電動汽車。
目前，有團隊正在進行研究和開發(fā)，以提高鋰基電池的性能。鋰-空氣(Li-Air)電池是一項令人興奮的新發(fā)展，它可以實現(xiàn)更大的能量存儲能力——比典型的獅子電池容量多10倍。這些電池通過使用游離氧氧化陽極來“呼吸”空氣。盡管這項技術(shù)看起來很有前途，但也存在一些技術(shù)問題，包括性能下降的副產(chǎn)品迅速增加，以及電池在毫無預(yù)警的情況下突然停止工作的“猝死”問題。
