电池

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电池(Battery)

目录

电池概述

  电池,一般狭义上的定义是将本身储存的化学能转成电能的装置,广义的定义为将预先储存起的能量转化为可供外用电能的装置。因此,像太阳能电池只有转化而无储存功能的装置不算是电池。其他名称有电瓶、电芯,而中文池及瓶也有储存作用之意。

  英文中,单一个电池结构叫做 “Cell”(单电池),内部有多个Cell并连或串连的结构叫做“Battery”(电池组)。市售一般干电池其实构造上是“Cell”但英文上习惯称“Battery”,汽车用铅酸电池与方形9V电池则是真正的“Battery”。

  广义概念上的电池包括电化学电池和物理电池。电化学电池是通过氧化还原反应将化学能直接转换成直流电能的装置,又常称之为化学电源;物理电池是将物理过程产生的能量转换成电能的装置。所谓电池均指电化学电池。

常用电池分类[1]

  电池大体上有四种分类方法。

  (1)按电解液种类分类

  ①碱性电池。碱性电池电解质主要以氢氧化钾水溶液为主的电池,如:碱性锌锰电池(俗称碱锰电池或碱性电池)、镉镍电池、氢镍电池等。

  ②酸性电池。酸性电池主要以硫酸水溶液为介质,如铅酸蓄电池。

  ③中性电池。中性电池以盐溶液为介质,如锌锰干电池(也称之为酸性电池)、海水激活电池等。

  ④有机电解液电池。有机电解液电池主要以有机溶液为介质的电池,如锂电池、锂离子电池等。

  (2)按工作性质和储存方式分类

  ①一次电池。又称原电池,即不能再充电的电池,如锌锰干电池、锂原电池等。

  ②二次电池。即可充电电池,如氢镍电池、锂离子电池、镉镍电池等。

  ③燃料电池。即活性材料在电池工作时才连续不断地从外部加入电池,如氢氧燃料电池等。

  ④储备电池。即电池储存时不直接接触电解液,直到电池使用时,才加入电解液,如镁一氯化银电池又称海水激活电池等。

  (3)按电池所用正、负极材料分类

  ①锌系列电池,如锌锰电池、锌银电池等;镍系列电池,如镉镍电池、氢镍电池等。

  ②铅系列电池,如铅酸电池等;锂系列电池、锂镁电池。

  ③二氧化锰系列电池,如锌锰电池、碱锰电池等。

  ④空气(氧气)系列电池,如锌空电池等。

  (4)按蓄电池用途分类

  ①启动型蓄电池。主要用于汽车、摩托车、拖拉机、柴油机等启动和照明系统。

  ②固定型蓄电池。主要用于通信、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源。

  ③牵引型蓄电池。主要作为各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源。

  ④铁路用蓄电池。主要用作铁路内燃机车、电力机车、客车的启动、照明的动力。

  ⑤储能用蓄电池。主要用于风力、太阳能等发电用电能储存。

电池的条件

  要实现化学能向电能的直接转换,电池必须满足以下条件:

  1)必须把化学反应中得失电子或电子对偏移的过程限制在正极和负极两个区域进行,这一点有别于一般的氧化还原反应;

  2)两极间必须有具有离子导电的介质(电解质);

  3)电池中能量转换过程的电子传递必须经由外电路,这一点与腐蚀微电池有本质不同。

电池的构成[2]

  实用中的电池由正极、负极、电解质、隔膜和容器五部分构成。正极物质具有较高电极电势,电池放电时,正极接受由外电路传递过来的电子,发生还原过程即阴极过程。负极物质具有较低电极电势,电极工作时,发生氧化反应即阳极过程,向外电路输送电子。电解质提供电池内部的导电机能,多为电解质水溶液、固体电解质或熔盐。隔膜是为保证电池内正负极之间既有尽可能小的距离(减小内阻),又绝对不发生短路。电池容器就是外壳,它能耐受电解质的腐蚀。

  电池的基本单元称为单体电池,根据使用需要常将它们串联、并联组合成电池组。

电池常用性能指标[3]

  表征电池的尽量常用如下性能指标:

  (1)开路电压和工作电压在外电路电流无穷小(电路断开)时两极间的电势差,即开路电压在数值上接近电池电动势。某些电极如气体电极,其电极过程受催化剂品种和数量的影响较大,组成电池的开路电压,与电动势有较大差异。工作电压是电池接通负荷后在放电过程中显示的电压,亦称放电电压(负荷电压或闭路电压)。电路接通负荷后,由于电阻和过电势的存在,其工作电压总低于开路电压。

  (2)电池容量指电池放电时能提供的能量,常以符号C表示,以A·h或mA·h为单位。单位质量或单位体积的电池能给出的电量称为电池的比容量,分别以A·h.kg − 1:或A·h·L − 1表示。由于实际电池的活性物质不可能完全被有效利用,所以实际容量低于理论容量。放电速率快,放电电流大、工作温度低都可使电池容量降低。

  (3)寿命和贮存期电池在贮存期间虽无负荷却因自放电(俗称漏电)而使电池容量白行损失,损失过大时,电池则不能正常工作,甚至报废,因此每种电池都有一定的贮存期限。蓄电池还规定有充放电周期数(亦称循环数)作为使用寿命或使用年限,

参考文献

  1. 秦鸣峰.蓄电池的使用与维护.化学工业出版社,2011.09.
  2. 《电气工程师手册》第二版编辑委员会编.电气工程师手册.机械工业出版社,2000年06月第2版.
  3. 何培之,王世驹.普通化学.科学出版社,2001年02月第1版.
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