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丹尼爾電池

1836年，丹尼爾根據(jù)伏打電堆發(fā)明了世界上第一個(gè)實(shí)用電池，并用于早期鐵路的信號(hào)燈。

原理：是將Zn(鋅)置于ZnSO4(硫酸鋅)溶液中，將Cu(銅)置于Cuso4(硫酸銅)溶液中，并用鹽橋或離子膜等方法將兩電解質(zhì)溶液連接的一種原電池。

 

此時(shí)，在該原電池中，Zn失電子，做負(fù)極；Cu得電子，做正極，在外電路中，電子由負(fù)極流出正極流入，電流方向則相反。電極反應(yīng)為:

 

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鉛酸電池

 

鉛酸電池是1859年G.plante發(fā)明的，因其價(jià)格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和適于大電流放電等特點(diǎn)，已成為世界上產(chǎn)量最大、用途最廣泛的蓄電池品種。鉛酸蓄電池經(jīng)過一百多年的發(fā)展，技術(shù)不斷更新，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于汽車、通信、電力、鐵路、電動(dòng)車等各個(gè)領(lǐng)域。

原理：鉛酸電池又名鉛蓄電池，電極主要由鉛制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。一般分為開口型電池及閥控型電池兩種，前者需要定期注酸維護(hù)，后者為免維護(hù)型蓄電池。按電池型號(hào)可分為小密、中密及大密，各部件的相關(guān)材料為：

正極：正極為鉛-銻-鈣合金欄板，內(nèi)含氧化鉛為活性物質(zhì) 

負(fù)極：負(fù)極為鉛-銻-鈣合金欄板，內(nèi)含海綿狀纖維活性物質(zhì)

電解液：在電池的電化學(xué)反應(yīng)中，硫酸作為電解液傳導(dǎo)離子

隔板：先進(jìn)的多微孔AGM隔板保持電解液，防止正極裕負(fù)極短路

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干電池

 

干電池是1888年由Dr.Gassner發(fā)明的，是一種伏打電池，利用某種吸收劑(如木屑或明膠)使內(nèi)含物成為不會(huì)外溢的糊狀，常用作手電筒照明、收音機(jī)等的電源。我國干電池技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，其比能量、循環(huán)壽命、高低溫適應(yīng)性等問題已有所突破。目前我國正逐漸縮小與國際領(lǐng)先技術(shù)的差距，在部分核心技術(shù)方面已達(dá)到國際水平，并且越來越多地進(jìn)入國際市場。

原理：是一種以糊狀電解液來產(chǎn)生直流電的化學(xué)電池，常見的干電池為鋅錳電池，電池符號(hào)可表示為(－)Zn|ZnCl2、NH4Cl(糊狀)‖Mn|C(石墨) (+)，其反應(yīng)方程式為:Zn+2MnO2+2NH4Cl= ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O，各部件相關(guān)材料為：

正極材料：錳（Mn）、石墨棒

負(fù)極材料：鋅（Zn）片

電解質(zhì)：NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊狀物

電極反應(yīng)為：

 

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鐵鎳電池

 

鐵鎳電池的陰極是氧化鎳，陽極是鐵，電解質(zhì)（電解液）是氫氧化鉀。這種電池的電壓通常是1.2V，它很耐用，能夠經(jīng)受一定程度的使用事故（包括過度充電、過度放電、短路、過熱），而且經(jīng)受上述損害后仍能保持很長的壽命。在充電過程中，由于四氧化三鐵的低溶解度造成金屬鐵的形成十分緩慢，這既是好事，也是壞事。好是因?yàn)殍F晶體緩慢地形成可以很好地保護(hù)電極，壞處則是它限制了電池的性能，使得這類電池充得慢，放得也慢，現(xiàn)在這種電池只是在鐵路信號(hào)發(fā)送及設(shè)備用電源方面得到廣泛的應(yīng)用。

 

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太陽能電池

太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片，它只要被滿足一定照度條件的光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流，在物理學(xué)上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，縮寫為PV），簡稱光伏。太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，以光電效應(yīng)工作的晶硅太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的薄膜電池濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。

原理：太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)內(nèi)建電場的作用下，光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路后就產(chǎn)生電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。

 

太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。

光—熱—電轉(zhuǎn)換方式：通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

光—電直接轉(zhuǎn)換方式：太陽能電池發(fā)電是根據(jù)特定材料的光電性質(zhì)制成的。黑體(如太陽)輻射出不同波長(對(duì)應(yīng)于不同頻率)的電磁波， 如紅外線、紫外線、可見光等等，當(dāng)這些射線照射在不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體上，光子與導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的自由電子作用產(chǎn)生電流。太陽電池發(fā)電是一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式，發(fā)電過程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

太陽電池是一種可以將能量轉(zhuǎn)換的光電元件，其基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成的。簡單的說，太陽光電的發(fā)電原理，是利用太陽電池吸收0.4μm～1.1μm波長(針對(duì)硅晶)的太陽光，將光能直接轉(zhuǎn)變成電能輸出的一種發(fā)電方式。

由于太陽電池產(chǎn)生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉(zhuǎn)換器，換成交流電，才能供電至家庭用電或工業(yè)用電。

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鋰電池

 

鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。鋰金屬電池的安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。

原理：

1）鋰金屬電池：

鋰金屬電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池，一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

 

 

2）鋰離子電池：

鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。

 

正極材料：可選的正極材料很多，主流產(chǎn)品多采用鋰鐵磷酸鹽。

正極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌。

 

負(fù)極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。

負(fù)極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子脫嵌，充電時(shí)鋰離子嵌入。

 

對(duì)于我國目前的電池工業(yè)而言，存在的主要問題是環(huán)境污染和資源浪費(fèi)嚴(yán)重。對(duì)于環(huán)境污染而言，由于我國電池工業(yè)的自動(dòng)化、機(jī)械化程度不高，很多企業(yè)多為手工操作，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中污染很大，對(duì)工人身體危害大。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增加，為了減少污染，保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)平衡以及保護(hù)地球上的有限資源，應(yīng)當(dāng)盡可能擴(kuò)大資源種類，鉛、鎘等有毒金屬的使用日益受到限制，需要尋找新的儲(chǔ)量豐富及有利于環(huán)保的資源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉛酸電池和鎳-鎘電池的可充電電池，鋰離子電池自然成為有力的候選者之一。