鋰電池、液流電池的蓄電方式有哪些不同?
隨著電動(dòng)汽車及用于固定位置的大型蓄電池系統(tǒng)在家庭及社會(huì)生活中的普遍應(yīng)用,在充電電池由鎳氫電池向鋰離子電池的過渡逐步完成以后,不但鋰電池的研發(fā)方向出現(xiàn)了多用途發(fā)展的趨勢(shì),而且也誕生了鋰離子電容器和液流電池兩種新的蓄電技術(shù)路線。下面對(duì)這三種蓄電方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)作一比較:
1、鋰電池利用鋰離子在正負(fù)極間的來回嵌入和脫嵌進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而工作,因此可以組合成多種正極材料與負(fù)極材料以實(shí)現(xiàn)不同的目的,如高功率型、大容量型、耐高溫型、長壽命型等不同突出性能的鋰電池,但同時(shí)獲得全優(yōu)或者多項(xiàng)重要參數(shù)優(yōu)秀的鋰電池還需要新材料技術(shù)的革命。動(dòng)力型鋰電池目前在全球范圍內(nèi)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)是歐美、東亞,鋰電池強(qiáng)國則有中美日韓等。
2、鋰離子電容器是對(duì)傳統(tǒng)的雙電層電容器的改進(jìn)品種,負(fù)極與鋰離子電池的原理相同,正極則利用雙電層效應(yīng)產(chǎn)生的靜電容量。這樣,鋰離子電容器既具備了雙電層電容器的高功率及長壽命優(yōu)點(diǎn),又具備鋰離子電池的高容量特點(diǎn),鋰離子電容器之所以比雙電層電容器的能量密度高是因?yàn)閱卧碾妷杭办o電容量增加。
這種效果通過兩個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn):(1)、通過添加鋰離子使電容器由傳統(tǒng)的雙電層電容器電壓由2.5V~3V上升到4V,(2)、負(fù)極因?yàn)榭傻玫戒囯x子,因而高于雙電層電容器原來的活性碳,而提高了至少1倍的容量。
3、氧化還原液流電池是采用隔膜隔離開兩種離子溶液,設(shè)置在兩種溶液中的電極(正極和負(fù)極)隨著溶液通過用泵對(duì)儲(chǔ)液罐工作而開始的循環(huán)流動(dòng)分別進(jìn)行氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。
液流電池的能量密度相對(duì)鋰電池來說比較低,但可以很容易地提高輸出功率(通過增設(shè)單元堆棧)和容量(通過增設(shè)釩溶液罐),因而,對(duì)于大型儲(chǔ)電設(shè)施的高功率和大容量要求有著特別優(yōu)勢(shì),也因此成為動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)的未來能量之一。
鋰電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池,人們常常被這些帶“鋰”電池搞的不辨東西,對(duì)鋰離子電池原理進(jìn)行必要的說明成為解開這個(gè)困惑的鑰匙,因?yàn)樵谒羞@些涉及“鋰”的電池理論中,鋰離子電池原理是一條貫穿三者的紐帶,具有承前啟后的作用。
首先,要明確我們最開始提出的那三個(gè)概念。在鋰電池發(fā)展史上,第一個(gè)階段是鋰一次電池,這種電池的負(fù)極是鋰金屬,在這個(gè)基礎(chǔ)上,第二階段發(fā)展出了可充電鋰電池,即理論意義上的鋰離子電池,可充電鋰電池是沒有金屬鋰存在,只有鋰離子的電池。由于作為正極材料的含鋰化合物及電解液不同,因而,有基于不同材料的鋰離子電池原理。近年來,人們常說的鋰聚合物電池是在液態(tài)鋰離子電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,它的出現(xiàn)使鋰電池進(jìn)入到第三個(gè)階段,由于鋰聚合物電池是鋰離子電池電解液由液態(tài)改進(jìn)到固態(tài)或者凝膠態(tài)的電池,因而,它的工作機(jī)理并沒有脫離鋰離子電池原理體系,而只是改進(jìn)了鋰離子電池原理。
其次,要在結(jié)構(gòu)上對(duì)鋰離子電池原理進(jìn)行了解。一般來說,鋰離子電池都有五個(gè)部分:正極、負(fù)極、隔膜、有機(jī)電解液、外殼,在鋰離子電池原理中,隔膜是最具技術(shù)含量的制造環(huán)節(jié),而電解液則視液態(tài)或者聚合物而不同。
第三,從作用機(jī)理上理解鋰離子電池原理。鋰離子電池是鋰離子嵌入化合物為正極材料的電池總稱,從這個(gè)意義上說,只要是這個(gè)工作機(jī)理的鋰離子電池,不論是液態(tài)還是聚合物的,以及許多電池生產(chǎn)廠家正在著力打造的動(dòng)力電池,都適用于普遍的鋰離子電池原理。在鋰離子電池原理下,電池充電過程就是鋰離子的嵌入與脫嵌過程,充電時(shí)鋰離子脫嵌,從正極經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極。放電時(shí)則相反。
明白了以上的鋰離子電池原理,最后就可以用一個(gè)形象的比喻作結(jié),人們一般用“搖椅式電池”來作為鋰離子電池原理的描述,即鋰離子始終處于“正極-負(fù)極-正極”的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中,使得鋰離子電池象一把搖椅,搖椅的兩端為電池正負(fù)極,鋰離子就是在兩端運(yùn)動(dòng)的那個(gè)“人”,這個(gè)比喻是從作用機(jī)理來闡述鋰離子電池原理的。
隨著人們生活水平的提高,筆記本電腦、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、導(dǎo)航儀、手機(jī)、MP3等移動(dòng)設(shè)備成為人們的生活必備品,這些移動(dòng)設(shè)備都使用鋰電池進(jìn)行供電,而鋰電池的續(xù)航能力是人們最關(guān)心的問題,鋰電池的保養(yǎng)最關(guān)鍵。
以筆記本電腦為例,影響筆記本鋰電池續(xù)航能力的因素除了系統(tǒng)耗電之外,鋰電池的保養(yǎng)也是主要因素之一,否則你就要經(jīng)常更換外掛電池或者備用電池。
日前, Battery University網(wǎng)站中的一篇關(guān)于如何延長鋰電池壽命的文章提出了鋰電池最佳保養(yǎng)的新結(jié)論:鋰離子電池的最佳保養(yǎng)方式是輕度使用、快放快充,這與機(jī)械設(shè)備使用方法類似,用的頻率越大、次數(shù)越多,電池的損耗就會(huì)越快。鋰電池深度放電的程度越小,使用的時(shí)間越長,如果有可能的話,盡量避免經(jīng)常的完全充放電。
就用戶來說,你的鋰電池使用了10%、20%就進(jìn)行充電是最好的,剩余電量在50%的時(shí)候充電也可以,但是盡量避免手機(jī)提示電量不足時(shí)開始充電,無論什么情況都不要把電池的電量用完。如果出門在外,盡量使用更大容量的電池或者移動(dòng)電源。
此外,使用環(huán)境的溫度對(duì)鋰電池壽命也有影響,過高(30℃)或過低的溫度都會(huì)對(duì)鋰電池壽命形成損耗。比如經(jīng)常連接適配器電源使用的筆記本電腦,最好把電池拆下來,實(shí)際上這并不是充電會(huì)對(duì)電池形成損害,因?yàn)殡姵貪M電之后就不再充電,但是筆記本電腦在使用時(shí)不注意底部的通風(fēng)情況會(huì)讓溫度過熱,這才是影響電池壽命的真兇。當(dāng)然,如果有一個(gè)比較好的使用環(huán)境或者散熱底座,鋰電池可以在停電的時(shí)候避免未保存的資料丟失。
鋰電池的保養(yǎng)可能對(duì)單次充放電循環(huán)影響不大,但是時(shí)間長了之后就有對(duì)比,鋰離子電池在使用一年或更長時(shí)間之后,電池容量都會(huì)有損耗,而保養(yǎng)較好的鋰電池?fù)p耗情況會(huì)好很多。
















