目錄 電池簡介 Battery Introduction
電池 的性能參數主要有電動勢、容量、比能量和電阻。電動勢等於單位正電荷由負極通過電池 內部移到正極時,電池 非靜電力(化學力)所做的功。電動勢取决於電極材料的化學性質,與電池 的大小無關。電池 所能輸出的總電荷量為電池 的容量,通常用安培小時作單位。在電池 反應中,1千克反應物質所産生的電能稱為電池 的理論比能量。電池 的實際比能量要比理論比能量小。因為電池 中的反應物並不全按電池 反應進行,同時電池 內阻也要引起電動勢降,因此常把比能量高的電池 稱做高能電池 。電池 的面積越大,其內阻越小。
電池 的能量儲存有限,電池 所能輸出的總電荷量叫做它的容量,通常用安培小時作單位,它也是電池 的一個性能參數。電池 的容量與電極物質的數量有關,即與電極的體積有關。
實用的化學電池 可以分成兩個基本類型:原電池 與蓄電池 。原電池 製成後即可以産生電流,但在放電完畢即被廢棄。蓄電池 又稱為二次電池 ,使用前須先進行充電,充電後可放電使用,放電完畢後還可以充電再用。蓄電池 充電時,電能轉換成化學能;放電時,化學能轉換成電能的。 电池的发展史 电池的发展史
在古代,人類有可能已經不斷地在研究和測試“電”這種東西了。一個被認為有數千年歷史的粘土瓶在1932年於伊拉剋的巴格達附近被發現。它有一根插在銅製圓筒裏的鐵條-可能是用來儲存靜電用的,然而瓶子的秘密可能永遠無法被揭曉。
不管製造這個粘土瓶的祖先是否知道有關靜電的事情,但可以確定的是古希臘人絶對知道。他們曉得如果摩擦一塊琥珀,就能吸引輕的物體。亞裏斯多德(Aristotle)也知道有磁石這種東西,它是一種具有強大磁力能吸引鐵和金屬的礦石。
1780年,意大利解剖學家伽伐尼在做青蛙解剖時,兩手分別拿着不同的金屬器械,無意中同時碰在青蛙的大腿上,青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下,仿佛受到電流的刺激,而衹用一種金屬器械去觸動青蛙,卻並無此種反就。伽伐尼認為,出現這種現象是因為動物軀體內部産生的一種電,他稱之為“生物電”。伽伐尼於1791年將此實驗結果寫成論文,公佈於學術界。
伽伐尼的發現引起了物理學家們極大興趣,他們競相重複枷伐尼的實驗,企圖找到一種産生電流的方法,意大利物理學家伏特在多次實驗後認為:伽伐尼的“生物電”之說並不正確,青蛙的肌肉之所以能産生電流,大概是肌肉中某種液體在起作用。為了論證自己的觀點,伏特把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進行試驗。結果發現,這兩種金屬片中,衹要有一種與溶液發生了化學反應,金屬片之間就能夠産生電流。
1799年,伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在????水裏,發現連接兩塊金屬的導綫中有電流通過。於是,他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透????水的絨布或紙片,平疊起來。用手觸摸兩端時,會感到強烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的製成了世界上第一個電池 ──“伏特電堆”。這個“伏特電堆”實際上就是串聯的電池 組。它成為早期電學實驗,電報機的電力來源。
意大利物理學家伏特就多次重複了伽伐尼的實驗。作為物理學家,他的註意點主要集中在那兩根金屬上,而不在青蛙的神經上。對於伽伐尼發現的蛙腿抽搐的現象,他想這可能與電有關,但是他認為青蛙的肌肉和神經中是不存在電的,他推想電的流動可能是由兩種不同的金屬相互接觸産生的,與金屬是否接觸活動的或死的動物無關。實驗證明,衹要在兩種金屬片中間隔以用????水或鹼水浸過的(甚至衹要是濕和)硬紙、麻布、皮革或其它海綿狀的東西(他認為這是使實驗成功所必須的),並用金屬綫把兩個金屬片連接起來,不管有沒有青蛙的肌肉,都會有電流通過。這就說明電並不是從蛙的組織中産生的,蛙腿的作用衹不過相當於一個非常靈敏的驗電器而已。
1836年,英國的丹尼爾對“伏特電堆”進行了改良。他使用稀硫酸作電解液,解决了電池 極化問題,製造出第一個不極化,能保持平衡電流的鋅─銅電池 ,又稱“丹尼爾電池 ”。此後,又陸續有去極化效果更好的“本生電池 ”和“格羅夫電池 ”等問世。但是,這些電池 都存在電壓隨使用時間延長而下降的問題。
1860年,法國的普朗泰發明出用鉛做電極的電池 。這種電池 的獨特之處是,當電池 使用一段使電壓下降時,可以給它通以反嚮電流,使電池 電壓回升。因為這種電池 能充電,可以反復使用,所以稱它為“蓄電池 ”。
然而,無論哪種電池 都需在兩個金屬板之間灌裝液體,因此搬運很不方便,特別是蓄電池 所用液體是硫酸,在挪動時很危險。
也是在1860年,法國的雷剋蘭士(GeorgeLeclanche)還發明了世界廣受使用的電池 (碳鋅電池 )的前身。它的負極是鋅和汞的合金棒(鋅-伏特原型電池 的負極,經證明是作為負極材料的最佳金屬之一),而它的正極是以一個多孔的杯子盛裝着碾碎的二氧化錳和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作為電流收集器。負極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此係統被稱為“濕電池 ”。雷剋蘭士製造的電池 雖然簡陋但卻便宜,所以一直到1880年纔被改進的“幹電池 ”取代。負極被改進成鋅罐(即電池 的外殼),電解液變為糊狀而非液體,基本上這就是現在我們所熟知的碳鋅電池 。
1887年,英國人赫勒森發明了最早的幹電池 。幹電池 的電解液為糊狀,不會溢漏,便於攜帶,因此獲得了廣泛應用。
1890年Thomas Edison 發明可充電的鐵鎳電池
1896年在美國批量生産幹電池
1896年發明D型電池 .
1899年Waldmar Jungner 發明鎳鎘電池 .
1910年可充電的鐵鎳電池 商業化生産
1911年我國建廠生産幹電池 和鉛酸蓄電池 (上海交通部電池 廠)
1914年Thomas Edison 發明鹼性電池 .
1934年Schlecht and Akermann 發明鎳鎘電池 燒結極板.
1947年Neumann 開發出密封鎳鎘電池 .
1949年Lew Urry (Energizer) 開發出小型鹼性電池 .
1954年Gerald Pearson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 開發出太陽能電池 .
1956年Energizer.製造第一個9伏電池
1956年我國建設第一個鎳鎘電池 工廠(風雲器材廠(755廠))
1960前後Union Carbide.商業化生産鹼性電池 ,我國開始研究鹼性電池 (西安慶華廠等三 傢合作研發)
1970前後出現免維護鉛酸電池 .
1970前後一次鋰電池 實用化.
1976年Philips Research的科學家發明鎳氫電池 .
1980前後開發出穩定的用於鎳氫電池 的合金.
1983年我國開始研究鎳氫電池 (南開大學)
1987年我國改進鎳鎘電池 工藝,采用發泡鎳,電池 容量提升40%
1987前我國商業化生産一次鋰電池
1989年我國鎳氫電池 研究列入國傢計劃
1990前出現角型(口香糖型)電池 ,
1990前後鎳氫電池 商業化生産.
1991年Sony.可充電鋰離子電池 商業化生産
1992年Karl Kordesch, Josef Gsellmann and Klaus Tomantschger 取得鹼性充電電池 專利
1992年Battery Technologies, Inc.生産鹼性充電電池
1995年我國鎳氫電池 商業化生産初具規模
1999年可充電鋰聚合物電池 商業化生産
2000年我國鋰離子電池 商業化生産
2000後燃料電池 ,太陽能電池 成為全世界矚目的新能源發展問題的焦點电池的原理 电池的原理 电池的原理 电池的原理 电池的原理 电池的原理
在化學電池 中,化學能直接轉變為電能是靠電池 內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果,這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質由電位較負並在電解質中穩定的還原劑組成,如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質由電位較正並在電解質中穩定的氧化劑組成,如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物,氧或空氣,鹵素及其????類,含氧酸及其????類等。電解質則是具有良好離子導電性的材料,如酸、鹼、????的水溶液,有機或無機非水溶液、熔融????或固體電解質等。當外電路斷開時,兩極之間雖然有電位差(開路電壓),但沒有電流,存儲在電池 中的化學能並不轉換為電能。當外電路閉合時,在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池 內部,由於電解質中不存在自由電子,電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質界面的氧化或還原反應,以及反應物和反應産物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此,電池 內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時,電池 內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反;電極反應必須是可逆的,才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此,電極反應可逆是構成蓄電池 的必要條件。為吉布斯反應自由能增量(焦);F為法拉第常數=96500庫=26.8安·小時;n為電池 反應的當量數。這是電池 電動勢與電池 反應之間的基本熱力學關係式,也是計算電池 能量轉換效率的基本熱力學方程式。實際上,當電流流過電極時,電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢,這種現象稱為極化。電流密度(單位電極面積上通過的電流)越大,極化越嚴重。極化現象是造成電池 能量損失的重要原因之一。極化的原因有三:①由電池 中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化;②由電極-電解質界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化;③由電極-電解質界面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。 電池主要性能參數 The main performance parameters of the battery
電池 的主要性能包括電動勢、額定容量、額定電壓、開路電壓、內阻、充放電速率、阻抗、壽命和自放電率。
電動勢
電動勢是兩個電極的平衡電極電位之差,以鉛酸蓄電池 為例,E=Ф+0-Ф-0+RT/F*In(αH2SO4/αH2O)。
其中:E—電動勢
Ф+0—正極標準電極電位,其值為1.690
Ф-0—負極標準電極電位,其值為-0.356
R—通用氣體常數,其值為8.314
T—溫度,與電池 所處溫度有關
F—法拉第常數,其值為96500
αH2SO4—硫酸的活度,與硫酸濃度有關
αH2O—水的活度,與硫酸濃度有關
從上式中可看出,鉛酸蓄電池 的標準電動勢為1.690-(-0.0.356)=2.046V,因此蓄電池 的標稱電壓為2V。鉛酸蓄電池 的電動勢與溫度及硫酸濃度有關。
額定容量
在設計規定的條件(如溫度、放電率、終止電壓等)下,電池 應能放出的最低容量,單位為安培小時,以符號C表示。容量受放電率的影響較大,所以常在字母C的右下角以阿拉伯數字標明放電率,如C20=50,表明在20時率下的容量為50安·小時。電池 的理論容量可根據電池 反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由於電池 中可能發生的副反應以及設計時的特殊需要,電池 的實際容量往往低於理論容量。
額定電壓
電池 在常溫下的典型工作電壓,又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池 時的參考。電池 的實際工作電壓隨不同使用條件而異。電池 的開路電壓等於正、負電極的平衡電極電勢之差。它衹與電極活性物質的種類有關,而與活性物質的數量無關。電池 電壓本質上是直流電壓,但在某些特殊條件下,電極反應所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動,這種現象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率範圍很寬,故可與電路中自激噪聲相區別。
開路電壓
電池 在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓。電池 的開路電壓等於電池 在斷路時(即沒有電流通過兩極時)電池 的正極電極電勢與負極的電極電勢之差。電池 的開路電壓用V開表示,即V開=Ф+-Ф-,其中Ф+、Ф-分別為電池 的正負極電極電位。電池 的開路電壓,一般均小於它的電動勢。這是因為電池 的兩極在電解液溶液中所建立的電極電位,通常並非平衡電極電位,而是穩定電極電位。一般可近似認為電池 的開路電壓就是電池 的電動勢。
內阻
電池 的內阻是指電流通過電池 內部時受到的阻力。它包括歐姆內阻和極化內阻,極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。由於內阻的存在,電池 的工作電壓總是小於電池 的電動勢<IMG src="http://t12.baidu.com/it/u=2325898283,3451946212&fm=0&gp=10.jpg" name=pn19>或開路電壓。電池 的內阻不是常數,在充放電過程中隨時間不斷變化(逐漸變大),這是因為活性物質的組成,電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內阻遵守歐姆定律,極化內阻隨電流密度增加而增大,但不是綫性關係。常隨電流密度增大而增加。
內阻是决定電池 性能的一個重要指標,它直接影響電池 的工作電壓,工作電流,輸出的能量和功率,對於電池 來說,其內阻越小越好。
充放電速率
有時率和倍率兩種表示法。時率是以充放電時間表示的充放電速率,數值上等於電池 的額定容量(安·小時)除以規定的充放電電流(安)所得的小時數。倍率是充放電速率的另一種表示法,其數值為時率的倒數。原電池 的放電速率是以經某一固定電阻放電到終止電壓的時間來表示。放電速率對電池 性能的影響較大。
阻抗
電池 內具有很大的電極-電解質界面面積,故可將電池 等效為一大電容與小電阻、電感的串聯回路。但實際情況復雜得多,尤其是電池 的阻抗隨時間和直流電平而變化,所測得的阻抗衹對具體的測量狀態有效。
壽命
儲存壽命指從電池 製成到開始使用之間允許存放的最長時間,以年為單位。包括儲存期和使用期在內的總期限稱電池 的有效期。儲存電池 的壽命有幹儲存壽命和濕儲存壽命之分。循環壽命是蓄電池 在滿足規定條件下所能達到的最大充放電循環次數。在規定循環壽命時必須同時規定充放電循環試驗的制度,包括充放電速率、放電深度和環境溫度範圍等。
自放電率
電池 在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內自放電損失的容量占儲存前容量的百分數表示。
電池 有關計算
其中E為電動勢,r為電源內阻,內電壓U內=Ir,E=U內+U外
適用範圍:純電阻電路
閉合電路中的能量轉化:
E=U+Ir
EI=UI+I^2R
P釋放=EI
P輸出=UI
純電阻電路中
P輸出=I^2R
=E^2R/(R+r)^2
=E^2/(R^2+2r+r^2/R)
當 r=R時 P輸出最大,P輸出=E^2/4r (均值不等式) 化學電池 ,是指通過電化學反應,把正極、負極活性物質的化學能,轉化為電能的一類裝置。經過長期的研究、發展,化學電池 迎來了品種繁多,應用廣泛的局面。大到一座建築方能容納得下的巨大裝置,小到以毫米計的品種。無時無刻不在為我們的美好生活服務。現代電子技術的發展,對化學電池 提出了很高的要求。每一次化學電池 技術的突破,都帶來了電子設備革命性的發展。現代社會的人們,每天的日常生活中,越來越離不開化學電池 了。現在世界上很多電化學科學家,把興趣集中在做為電動汽車動力的化學電池 領域。
幹電池 和液體電池
幹電池 和液體電池 的區分僅限於早期電池 發展的那段時期。最早的電池 由裝滿電解液的玻璃容器和兩個電極組成。後來推出了以糊狀電解液為基礎的電池 ,也稱做幹電池 。
現在仍然有“液體”電池 。一般是體積非常龐大的品種。如那些做為不間斷電源的大型固定型鉛酸蓄電池 或與太陽能電池 配套使用的鉛酸蓄電池 。對於移動設備,有些使用的是全密封,免維護的鉛酸蓄電池 ,這類電池 已經成功使用了許多年,其中的電解液硫酸是由硅凝膠固定或被玻璃纖維隔板吸付的。
一次性電池 和可充電電池
一次性電池 俗稱“用完即棄”電池 ,因為它們的電量耗盡後,無法再充電使用,衹能丟棄。常見的一次性電池 包括鹼錳電池 、鋅錳電池 、鋰電池 、鋅電池 、鋅空電池 、鋅汞電池 、水銀電池 、氫氧電池 和鎂錳電池 。
可充電電池 按製作材料和工藝上的不同,常見的有鉛酸電池 、鎳鎘電池 、鎳鐵電池 、鎳氫電池 、鋰離子電池 。其優點是循環壽命長,它們可全充放電200多次,有些可充電電池 的負荷力要比大部分一次性電池 高。普通鎳鎘、鎳氫電池 使用中,特有的記憶效應,造成使用上的不便,常常引起提前失效。
電池 的理論充電時間
電池 的理論充電時間:電池 的電量除以充電器的輸出電流。
例如:以一塊電量為800MAH的電池 為例,充電器的輸出電流為500MA那麽充電時間就等於800MAH/500MA=1.6小時,當充電器顯示充電完成後,最好還要給電池 大約半個小時左右的補電時間。
燃料電池
燃料電池 是一種將燃料的化學能透過電化學反應直接轉化成電能的裝置燃料電池 是利用氫氣在陽極進行的是氧化反應,將氫氣氧化成氫離子,而氧氣在陰極進行還原反應,與由陽極傳來的氫離子結合生成水。氧化還原反應過程中就可以産生電流。燃料電池 的技術包括了出現鹼性燃料電池 (AFC)、磷酸燃料電池 (PAFC)、質子交換膜燃料電池 (PEMFC)、熔融碳酸????燃料電池 (MCFC)、固態氧化物燃料電池 (SOFC),以及直接甲醇燃料電池 (DMFC)等,而其中,利用甲醇氧化反應作為正極反應的燃料電池 技術,更是被業界所看好而積極發展。
電池 的種類很多,常用電池 主要是幹電池 、蓄電池 ,以及體積小的微型電池 。此外,還有金屬-空氣電池 、燃料電池 以及其他能量轉換電池 如太陽電池 、溫差電池 、核電池 等。
幹電池
常用的一種是碳-鋅幹電池 (圖3)。負極是鋅做的圓筒,內有氯化銨作為電解質,少量氯化鋅、惰性填料及水調成的糊狀電解質,正極是四周裹以摻有二氧化錳的糊狀電解質的一根碳棒。電極反應是:負極處鋅原子成為鋅離子(Zn++),釋出電子,正極處銨離子(NH嬃)得到電子而成為氨氣與氫氣。用二氧化錳驅除氫氣以消除極化。電動勢約為1.5伏。
蓄電池
種類很多,共同的特點是可以經歷多次充電、放電循環,反復使用。
鉛蓄電池
最為常用,其極板是用鉛合金製成的格柵,電解液為稀硫酸。兩極板均覆蓋有硫酸鉛。但充電後,正極處極板上硫酸鉛轉變成二氧化鉛,負極處硫酸鉛轉變成金屬鉛。放電時,則發生反方向的化學反應。
鉛蓄電池 的電動勢約為2伏,常用串聯方式組成6伏或12伏的蓄電池 組。電池 放電時硫酸濃度減小,可用測電解液比重的方法來判斷蓄電池 是否需要充電或者充電過程是否可以結束。
鉛蓄電池 的優點是放電時電動勢較穩定,缺點是比能量(單位重量所蓄電能)小,對環境腐蝕性強。
由正極板群、負極板群、電解液和容器等組成。充電後的正極板是棕褐色的二氧化鉛(PbO2),負極板是灰色的絨狀鉛(Pb),當兩極板放置在濃度為27%~37%的硫酸(H2SO4)水溶液中時,極板的鉛和硫酸發生化學反應,二價的鉛正離子(Pb2+)轉移到電解液中,在負極板上留下兩個電子(2e-)。由於正負電荷的引力,鉛正離子聚集在負極板的周圍,而正極板在電解液中水分子作用下有少量的二氧化鉛(PbO2)滲入電解液,其中兩價的氧離子和水化合,使二氧化鉛分子變成可離解的一種不穩定的物質——氫氧化鉛〔Pb(OH4〕)。氫氧化鉛由4價的鉛正離子(Pb4+)和4個氫氧根〔4(OH)-〕組成。4價的鉛正離子(Pb4+)留在正極板上,使正極板帶正電。由於負極板帶負電,因而兩極板間就産生了一定的電位差,這就是電池 的電動勢。當接通外電路,電流即由正極流嚮負極。在放電過程中,負極板上的電子不斷經外電路流嚮正極板,這時在電解液內部因硫酸分子電離成氫正離子(H+)和硫酸根負離子(SO42-),在離子電場力作用下,兩種離子分別嚮正負極移動,硫酸根負離子到達負極板後與鉛正離子結合成硫酸鉛(PbSO4)。在正極板上,由於電子自外電路流入,而與4價的鉛正離子(Pb4+)化合成2價的鉛正離子(Pb2+),並立即與正極板附近的硫酸根負離子結合成硫酸鉛附着在正極上。
隨着蓄電池 的放電,正負極板都受到硫化,同時電解液中的硫酸逐漸減少,而水分增多,從而導致電解液的比重下降在實際使用中,可以通過測定電解液的比重來確定蓄電池 的放電程度。在正常使用情況下,鉛蓄電池 不宜放電過度,否則將使和活性物質混在一起的細小硫酸鉛晶體結成較大的體,這不僅增加了極板的電阻,而且在充電時很難使它再還原,直接影響蓄池的容量和壽命。鉛蓄電池 充電是放電的逆過程。
鉛蓄電池 的工作電壓平穩、使用溫度及使用電流範圍寬、能充放電數百個循環、貯存性能好(尤其適於幹式荷電貯存)、造價較低,因而應用廣泛。采用新型鉛合金,可改進鉛蓄電池 的性能。如用鉛鈣合金作板柵,能保證鉛蓄電池 最小的浮充電流、減少添水量和延長其使用壽命;采用鉛鋰合金鑄造正板柵,則可減少自放電和滿足密封的需要。此外,開口式鉛蓄電池 要逐步改為密封式,並發展防酸、防爆式和消氫式鉛蓄電池 。
鉛晶蓄電池
鉛晶蓄電池 應用的是專有技術,所采用的高導硅酸????電解質是傳統鉛酸電池 電解質的復雜性改型,無酸霧內化成工藝是定型工藝的革新。這些技術工藝均屬國內外首創,該産品在生産、使用及廢棄物中都不存在污染問題,更符合環保要求,由於鉛晶蓄電池 用硅酸????取代硫酸液作電解質,從而剋服了鉛酸電池 使用壽命短,不能大電流充放電的一係列缺點,更加符合動力電池 的必備條件,鉛晶電池 也必將對動力電池 領域産生巨大的推動作用。
鉛晶蓄電池 較鉛酸電池 具有無可比擬的優越性:
1、鉛晶電池 的使用壽命長
一般鉛酸電池 循環充放電都在350次左右,而鉛晶電池 在額定容量放電60%的前提下,循環壽命700多次,相當於鉛酸電池 壽命的一倍。
2、高倍率放電性能好
特殊的工藝使鉛晶電池 具有高倍率放電的特性,一般鉛酸電池 放電衹有3C,鉛晶電池 放電最大可以達到10C。
3、深度放電性能好
鉛晶電池 可深度放電到0V,繼續充電可恢復全部額定容量,這一特性相對鉛酸電池 來講是難以達到的境界。
4、耐低溫性能好
鉛晶電池 的溫度適應範圍比較廣,從-20—50℃都能適應,特別是在-20℃的情況下,放電能達到87%。對廣大低溫地區是不可多得的首選佳品。
5、環保性好
鉛晶電池 所采用的新材料、新工藝和新配方,不存在酸霧等揮發的有害物質,對土地、河流等不會造成污染,更加符合環保要求。
鐵鎳蓄電池
也叫愛迪生電池 。鉛蓄電池 是一種酸性蓄電池 ,與之不同,鐵鎳蓄電池 的電解液是鹼性的氫氧化鉀溶液,是一種鹼性蓄電池 。其正極為氧化鎳,負極為鐵。充電、放電的化學反應是
電動勢約為1.3~1.4伏。其優點是輕便、壽命長、易保養,缺點是效率不高。
鎳鎘蓄電池
正極為氫氧化鎳,負極為鎘,電解液是氫氧化鉀溶液,充電、放電的化學反應是
其優點是輕便、抗震、壽命長,常用於小型電子設備。
銀鋅蓄電池
正極為氧化銀,負極為鋅,電解液為氫氧化鉀溶液。
銀鋅蓄電池 的比能量大,能大電流放電,耐震,用作宇宙航行、人造衛星、火箭等的電源。充、放電次數可達約100~150次循環。其缺點是價格昂貴,使用壽命較短。
燃料電池
一種把燃料在燃燒過程中釋放的化學能直接轉換成電能的裝置。與蓄電池 不同之處,是它可以從外部分別嚮兩個電極區域連續地補充燃料和氧化劑而不需要充電。燃料電池 由燃料(例如氫、甲烷等)、氧化劑(例如氧和空氣等)、電極和電解液等四部分構成。其電極具有催化性能,且是多孔結構的,以保證較大的活性面積。工作時將燃料通入負極,氧化劑通入正極,它們各自在電極的催化下進行電化學反應以獲得電能。
燃料電池 把燃燒反應所放出的能量直接轉變為電能,所以它的能量利用率高,約等於熱機效率的2倍以上。此外它還有下述優點:①設備輕巧;②不發噪音,很少污染;③可連續運行;④單位重量輸出電能高等。因此,它已在宇宙航行中得到應用,在軍用與民用的各個領域中已展現廣泛應用的前景。
太陽電池
把太陽光的能量轉換為電能的裝置。當日光照射時,産生端電壓,得到電流,用於人造衛星、宇宙飛船中的太陽電池 是半導體製成的(常用硅光電池 )。日光照射太陽電池 表面時,半導體PN結的兩側形成電位差。其效率在百分之十以上,典型的輸出功率是5~10毫瓦每平方釐米(結面積)。
溫差電池
兩種金屬接成閉合電路,並在兩接頭處保持不同溫度時,産生電動勢,即溫差電動勢,這叫做塞貝剋效應(見溫差電現象),這種裝置叫做溫差電偶或熱電偶。金屬溫差電偶産生的溫差電動勢較小,常用來測量溫度差。但將溫差電偶串聯成溫差電堆時,也可作為小功率的電源,這叫做溫差電池 。用半導體材料製成的溫差電池 ,溫差電效應較強。
核電池
把核能直接轉換成電能的裝置(目前的核發電裝置是利用核裂變能量使蒸汽受熱以推動發電機發電,還不能將核裂變過程中釋放的核能直接轉換成電能)。通常的核電池 包括輻射β射綫(高速電子流)的放射性源(例如鍶-90),收集這些電子的集電器,以及電子由放射性源到集電器所通過的絶緣體三部分。放射性源一端因失去負電成為正極,集電器一端得到負電成為負極。在放射性源與集電器兩端的電極之間形成電位差。這種核電池 可産生高電壓,但電流很小。它用於人造衛星及探測飛船中,可長期使用。
原電池
經一次放電(連續或間歇)到電池 容量耗盡後,不能再有效地用充電方法使其恢復到放電前狀態的電池 。特點是攜帶方便、不需維護、可長期(幾個月甚至幾年)儲存或使用。原電池 主要有鋅錳電池 、鋅汞電池 、鋅空氣電池 、固體電解質電池 和鋰電池 等。鋅錳電池 又分為幹電池 和鹼性電池 兩種。
鋅錳幹電池
製造最早而至今仍大量生産的原電池 。有圓柱型和疊層型兩種結構。其特點是使用方便、價格低廉、原材料來源豐富、適合大量自動化生産。但放電電壓不夠平穩,容量受放電率影響較大。適於中小放電率和間歇放電使用。新型鋅錳幹電池 采用高濃度氯化鋅電解液、優良的二氧化錳粉和紙板漿層結構,使容量和壽命均提高一倍,並改善了密封性能。
鹼性鋅錳電池
以鹼性電解質代替中性電解質的鋅錳電池 。有圓柱型和鈕扣型兩種。這種電池 的優點是容量大,電壓平穩,能大電流連續放電,可在低溫(-40℃)下工作。這種電池 可在規定條件下充放電數十次。
鋅汞電池
由美國S.羅賓發明,故又名羅賓電池 。是最早發明的小型電池 。有鈕扣型和圓柱型兩種。放電電壓平穩,可用作要求不太嚴格的電壓標準。缺點是低溫性能差(衹能在0℃以上使用),並且汞有毒。鋅汞電池 已逐漸被其他係列的電池 代替。
鋅空氣電池
以空氣中的氧為正極活性物質,因此比容量大。有鹼性和中性兩種係列,結構上又有濕式和幹式兩種。濕式電池 衹有鹼性一種,用NaOH為電解液,價格低廉,多製成大容量(100安·小時以上)固定型電池 供鐵路信號用。幹式電池 則有鹼性和中性兩種。中性空氣幹電池 原料豐富、價格低廉,但衹能在小電流下工作。鹼性空氣幹電池 可大電流放電,比能量大,連續放電比間歇放電性能好。所有的空氣幹電池 都受環境濕度影響,使用期短,可靠性差,不能在密封狀態下使用。
固體電解質電池
以固體離子導體為電解質,分高溫、常溫兩類。高溫的有鈉硫電池 ,可大電流工作。常溫的有銀碘電池 ,電壓0.6伏,價格昂貴,尚未獲得應用。已使用的是鋰碘電池 ,電壓2.7伏。這種電池 可靠性很高,可用於心髒起搏器。但這種電池 放電電流衹能達到微安級。
鋰電池
以鋰為負極的電池 。它是60年代以後發展起來的新型高能量電池 。按所用電解質不同分為:①高溫熔融????鋰電池 ;②有機電解質鋰電池 ;③無機非水電解質鋰電池 ;④固體電解質鋰電池 ;⑤鋰水電池 。鋰電池 的優點是單體電池 電壓高,比能量大,儲存壽命長(可達10年),高低溫性能好,可在-40~150℃使用。缺點是價格昂貴,安全性不高。另外電壓滯後和安全問題尚待改善。近年來大力發展動力電池 和新的正極材料的出現,特別是磷酸亞鐵鋰材料的發展,對鋰電發展有很大幫助。
儲備電池
有兩種激活方式,一種是將電解液和電極分開存放,使用前將電解液註入電池 組而激活,如鎂海水電池 、儲備式鉻酸電池 和鋅銀電池 等。另一種是用熔融????電解質,常溫時電解質不導電,使用前點燃加熱劑將電解質迅速熔化而激活,稱為熱電池 。這種電池 可用鈣、鎂或鋰合金為負極,KCl和LiCl的低共熔體為電解質,CaCrO4、PbSO4或V2O5等為正極,以鋯粉或鐵粉為加熱劑。采用全密封結構可長期儲存(10年以上)。儲備電池 適於特殊用途。
標準電池
最著名的是惠斯頓標準電池 ,分飽和型和非飽和型兩種。其標準電動勢為1.01864伏(20℃)。非飽和型的電壓溫度係數約為飽和型的1/4。
糊式鋅-錳幹電池
由鋅筒、電糊層、二氧化錳正極、炭棒、銅帽等組成。最外面的一層是鋅筒,它既是電池 的負極又兼作容器,在放電過程中它要被逐漸溶解;中央是一根起集流作用的碳棒;緊緊環繞着這根碳棒的是一種由深褐色的或黑色的二氧化錳粉與一種導電材料(石墨或乙炔黑)所構成的混合物,它與碳棒一起構成了電池 的正極體,也叫炭包。為避免水分的蒸發,幹電池 的上部用石蠟或瀝青密封。鋅-錳幹電池 工作時的電極反應為鋅極:Zn→Zn2++2e
紙板式鋅-錳幹電池
在糊式鋅-錳幹電池 的基礎上改進而成。它以厚度為70~100微米的不含金屬雜質的優質牛皮紙為基,用調好的糊狀物塗敷其表面,再經過烘幹製成紙板,以代替糊式鋅-錳幹電池 中的糊狀電解質層。紙板式鋅-錳幹電池 的實際放電容量比普通的糊式鋅-錳幹電池 要高出2~3倍。標有“高性能”字樣的幹電池 絶大部分為紙板式。
鹼性鋅-錳幹電池
其電解質由汞齊化的鋅粉、35%的氫氧化鉀溶液再加上一些鈉羧甲基纖維素經糊化而成。由於氫氧化鉀溶液的凝固點較低、內阻小,因此鹼性鋅-錳幹電池 能在-20℃溫度下工作,並能大電流放電。鹼性鋅-錳幹電池 可充放電循環40多次,但充電前不能進行深度放電(保留60%~70%的容量),並需嚴格控製充電電流和充電期終的電壓。
疊層式鋅-錳幹電池
由幾個結構緊湊的扁平形單體電池 疊在一起構成。每一個單體電池 均由塑料外殼、鋅皮、導電膜以及隔膜紙、炭餅(正極)組成。隔膜紙是一種吸有電解液的表面有澱粉層的漿層紙,它貼在鋅皮的上面;隔膜紙上面是炭餅。隔膜紙如同糊式幹電池 的電糊層,起隔離鋅皮負極和炭餅正極的作用。疊層式鋅-錳幹電池 減去了圓筒形糊式幹電池 串聯組合的麻煩,其結構緊湊、體積小、體積比容量大,但貯存壽命短且內阻較大,因而放電電流不宜過大。
鹼性蓄電池
與同容量的鉛蓄電池 相比,其體積小,壽命長,能大電流放電,但成本較高。鹼性蓄電池 按極板活性材料分為鐵鎳、鎘鎳、鋅銀蓄電池 等係列。以鎘鎳蓄電池 為例,鹼性蓄電池 的工作原理是:蓄電池 極板的活性物質在充電後,正極板為氫氧化鎳〔Ni(OH)3〕,負極板為金屬鎘(Cd);而放電終止時,正極板轉變為氫氧化亞鎳〔Ni(OH2)〕,負極板轉變為氫氧化鎘〔Cd(OH)2〕,電解液多選用氫氧化鉀(KOH)溶液。
金屬-空氣電池
以空氣中的氧氣作為正極活性物質,金屬作為負極活性物質的一種高能電池 。使用的金屬一般是鎂、鋁、鋅、鎘、鐵等;電解質為水溶液。其中鋅空氣電池 已成為成熟的産品。
金屬-空氣電池 具有較高的比能量,這是因為空氣不計算在電池 的重量之內。鋅空氣電池 的比能量是現生産的電池 中最高的,已達400瓦·小時/千克(Wh/kg),是一種高性能中功率電池 ,並正嚮高功率電池 的方向發展。目前生産的金屬-空氣電池 主要是一次電池 ;研製中的二次金屬-空氣電池 為采用更換金屬電極的機械再充電電池 。由於金屬-空氣電池 工作時要不斷地供應空氣,因此它不能在密封狀態或缺少空氣的環境中工作。此外,電池 中的電解質溶液易受空氣濕度的影響而使電池 性能下降;空氣中的氧會透過空氣電極並擴散到金屬電極上,形成腐蝕電池 引起自放電。
納米電池
納米即10-9米,納米電池 即用納米材料(如納米MnO2,LiMn2O4,Ni(OH)2等)製作的電池 ,納米材料具有特殊的微觀結構和物理化學性能(如量子尺寸效應,表面效應和隧道量子效應等。目前國內技術成熟的納米電池 是納米活性碳纖維電池 。主要用於電動汽車,電動摩托,電動助力車上。該種電池 可充電循環1000次,連續使用達10年左右一次充電衹需20分鐘左右,平路行程達400km,重量在128kg,已經超越美日等國的電池 汽車水平。它們生産的鎳氫電池 充電約需6-8小時平路行程300km。
電池 的型號
一般分為:1、2、3、5、7號,其中5號和7號尤為常用,所謂的AA電池 就是5號電池 ,而AAA電池 就是7號電池 !AA、AAA都是說明電池 型號的。
例如:
AA就是我們通常所說的5號電池 ,一般尺寸為:直徑14mm,高度49mm;
AAA就是我們通常所說的7號電池 ,一般尺寸為:直徑11mm,高度44mm。
其他型號
說說常見的“AAAA,AAA,AA,A,SC,C,D,N,F”這些型號
AAAA型號少見,一次性的AAAA勁量鹼性電池 偶爾還能見到,一般是電腦筆裏面用的。標準的AAAA(平頭)電池 高度41.5±0.5mm,直徑8.1±0.2mm。
AAA型號電池 就比較常見,一般的MP3用的都是AAA電池 ,標準的AAA(平頭)電池 高度43.6±0.5mm,直徑10.1±0.2mm。
AA型號電池 就更是人盡皆知,數碼相機,電動玩具都少不了AA電池 ,標準的AA(平頭)電池 高度48.0±0.5mm,直徑14.1±0.2mm。
衹有一個A表示型號的電池 不常見,這一係列通常作電池 組裏面的電池 芯,我經常給別人換老攝像機的鎳鎘,鎳氫電池 ,幾乎都是4/5A,或者4/5SC的電池 芯。標準的A(平頭)電池 高度49.0±0.5mm,直徑16.8±0.2mm。
SC型號也不常見,一般是電池 組裏面的電池 芯,多在電動工具和攝像機以及進口設備上能見到,標準的SC(平頭)電池 高度42.0±0.5mm,直徑22.1±0.2mm。
C型號也就是二號電池 ,用途不少,標準的C(平頭)電池 高度49.5±0.5mm,直徑25.3±0.2mm。
D型號就是一號電池 ,用途廣泛,民用,軍工,特異型直流電源都能找到D型電池 ,標準的D(平頭)電池 高度59.0±0.5mm,直徑32.3±0.2mm。
N型號不常見,我還不知道啥東西裏面用,標準的N(平頭)電池 高度28.5±0.5mm,直徑11.7±0.2mm。
F型號電池 ,現在是電動助力車,動力電池 的新一代産品,大有取代鉛酸免維護蓄電池 的趨勢,一般都是作電池 芯(個人見解:其實個太大,不好單獨使用,呵呵)。標準的N(平頭)電池 高度89.0±0.5mm,直徑32.3±0.2mm。
大傢註意到,(平頭)字樣,指的是電池 正極是平的,沒有突起,使用做電池 組點焊使用的電池 芯,一般同等型號尖頭的(可以用作單體電池 供電的),在高度上就多了0.5mm。以此類推,我不逐一解釋。還有,電池 很多的時候並不是規規矩矩的“AAA,AA,A,SC,C,D,N,F”這些主型號,前面還時常有分數“1/3,2/3,1/2,2/3,4/5,5/4,7/5”,這些分數表示的是池體相應的高度,例如“2/3AA”就是表示高是一般AA電池 的2/3的充電電池 ;再如“4/5A”就是表示高是一般A電池 的4/5的充電電池 。
還有一種型號表示方法,是五位數字,例如,14500,17490,26500,前兩位數字是指池體直徑,後三位數字是指池體高,例如14500就是指AA電池 ,即大約14mm直徑,50mm高 電池與環保 Battery and environmental 廢舊電池 潛在的污染已引起社會各界的廣泛關註。我國是世界上頭號幹電池 生産和消費大國,有資料表明,我國目前有1400多傢電池 生産企業,1980年幹電池 的生産量已超過美國而躍居世界第一。1998年我國幹電池 的生産量達到140億衹,而同年世界幹電池 的總産量約為300億衹。
如此龐大的電池 數量,使得一個極大的問題暴露出來,那就是如何讓這麽多的電池 不去破壞污染我們生存的環境。據我們調查,廢舊電池 內含有大量的重金屬以及廢酸、廢鹼等電解質溶液。如果隨意丟棄,腐敗的電池 會破壞我們的水源,侵蝕我們賴以生存的莊稼和土地,我們的生存環境面臨着巨大的威脅。如果一節一號電池 在地裏腐爛,它的有毒物質能使一平方米的土地失去使用價值;扔一粒紐扣電池 進水裏,它其中所含的有毒物質會造成60萬升水體的污染,相當於一個人一生的用水量;廢舊電池 中含有重金屬鎘、鉛、汞、鎳、鋅、錳等,其中鎘、鉛、汞是對人體危害較大的物質。而鎳、鋅等金屬雖然在一定濃度範圍內是有益物質,但在環境中超過極限,也將對人體造成危害。廢舊電池 滲出的重金屬會造成江、河、湖、海等水體的污染,危及水生物的生存和水資源的利用,間接威脅人類的健康。廢酸、廢鹼等電解質溶液可能污染土地,使土地酸化和????鹼化,這就如同埋在我們身邊的一顆定時炸彈。因此,對廢舊電池 的收集與處置非常重要,如果處置不當,可能對生態環境和人類健康造成嚴重危害。隨意丟棄廢舊電池 不僅污染環境,也是一種資源浪費。有人算了一筆帳以全國每年生産100億衹電池 計算,全年消耗15.6萬噸鋅,22.6萬噸二氧化錳,2080噸銅,2.7萬噸氯化鋅,7.9萬噸氯化銨,4.3萬噸碳棒。儘管先進的科技已給了我們正確的指嚮,但我國的電池 污染現象仍不容樂觀。目前我國的大部分廢舊電池 混入生活垃圾被一並埋入地下,久而久之,經過轉化使電池 腐爛,重金屬溶出,既可能污染地下水體,又可能污染土壤,最終通過各種途徑進入人的食物鏈。生物從環境中攝取的重金屬經過食物鏈的生物放大作用,逐級在較高級的生物中成千上萬倍地富集,然後經過食物鏈進入人的身體,在某些器官中積蓄造成慢性中毒,日本的水俁病就是汞中毒的典型案例。
電池 一般分為一次性電池 和充電電池 。主要的一次性電池 包括鋅錳電池 (含鋅及二氧化錳)、鋅汞電池 (含鋅及氧化汞)及鋰電池 等幾類。主要的充電電池 則包括鎘—鎳、鐵—鎳、鋅—銀、鋅—空氣和鋰—硫化鐵及鉛酸蓄電池 等。我們日常生活中使用最多的是鋅錳電池 及鋅汞電池 ,而使電池 造成污染的主要是汞(Hg)和鎘(Cd)。
汞的毒性
汞即我們俗稱的“水銀”,是一種常溫下為液體的物質,可以阻止電池 中陰極金屬鋅的氧化,這一作法提高了電池 的貯存壽命。因此,早在以前采用的鋅做陰極度的電池 幾乎都有一定量的汞做防腐劑。但是汞和汞的化合都具有神經毒性,對內分泌係統,免疫係統等也有不良影響,它會引發人的口齒不清、步態不穩、四肢麻痹,最後導致全身痙攣,精神失常而死。
長期以來,我國在生産幹電池 時,要加入一種有毒物質——汞或汞的化合物。我國的鹼性幹電池 的汞含量達1%~5%,中性幹電池 為0.025%,全國每年用於生産幹電池 的汞就達幾十噸之多。隨着科技的進步,電池 開始逐漸實行低汞化和無汞化,汞的代替品表面活性劑Forafac氟化聚合物,在防止鋅的腐蝕上取得了良好的效果。
廢棄在自然界電池 中的汞會慢慢從電池 中溢出來,進入土壤或水源,再在微生物的作用下,無機汞可以轉化成甲基汞,聚集在魚類的身體裏,人食用了這種魚後,甲基汞會進入人的大腦細胞,使人的神經係統受到嚴重破壞,重者會發瘋致死。著名的日本水俁病就是甲基汞所致。
鎘的毒性
鎘不是人體所必需的痕量元素,新生嬰兒體內並沒有鎘,而是隨着年齡的增長,逐漸纍積起來的。鎘具有腎毒性,它所致的腎損傷是不可逆的。同時腎損傷後還可能繼發骨質疏鬆、軟骨癥和骨折。在1993年,國際抗癌聯盟就將鎘定為IA級緻癌物。基於以上原因,許多發達國傢已建議禁止使用鎘鎳電池 而鎳氫電池 已取代鎘鎳電池 ,避免了鎘的使用。而我國的絶大多數電池 生産企業仍用鎘作為生産電池 的原料,使得電池 的危害進一步加大。長期食用受鎘污染的水和食物,可導致骨痛病,鎘進入人體後,引起骨質軟化骨骼變形,嚴重時形成自然骨折,以致死亡。
錳的毒性
過量的錳蓄積於體內可引起神經功能障礙,早期表現為綜合性功能紊亂,較重的出現言語單調,表情呆板,感情冷漠,伴有精神癥狀。
鉛的毒性
鉛主要作用於神經係統、造血係統、消化係統、和肝、腎等器官,能抑製血紅蛋白的的合成代謝,還能直接作用於成熟紅細胞,對嬰、幼兒的很大,它將導致兒童體格發育遲緩,慢性鉛中素的兒童智力低下。
鎳的毒性
鎳粉溶解於血液,參加體內循環,有較強毒性,能損害中樞神經,引起血管變異,嚴重者導致癌癥。
鋅的毒性
鋅是人體不可缺少的元素,毒性較低,口服1000mg的硫酸鋅纔會使人急性中毒,但吸入氧化鋅煙塵會引起中毒。其癥狀為全身疲乏,肌肉疼痛,呼吸睏難、嘔吐、腹瀉,嚴重時心髒衰弱、虛脫、痙攣後死亡。硫酸鋅、氯化鋅侵入皮膚黏膜時,可産生皮炎和潰瘍。鋅對魚類和水生生物的毒性比對人的毒性大,故漁業水質要求為每升水中鋅的含量不得超過0.1mg。
廢電池 的回收
廢電池 雖小,危害卻甚大。但是,由於廢電池 污染不象垃圾、空氣和水污染那樣可以憑感官感覺得到,具有很大的隱蔽性,所以沒有得到應有的重視。目前,我國以成為電池 生産和消費的大國,廢電池 污染是迫切需要解决的一個重大環境問題。
據環保專傢介紹,在廢電池 中每回收1000剋金屬,其中就有82剋汞、88剋鎘,可以說,回收處置廢電池 不僅處理了污染源,而且也實現了資源的回收再利用。國外發達國傢對廢電池 的回收與利用極為重視。西歐許多國傢不僅在商店,而且直接在大街上都設有專門的廢電池 回收箱,廢電池 中95%的物質均可以回收,尤其是重金屬回收價值很高。如國外再生鉛業發展迅速,現有鉛生産量的55%均來自於再生鉛。而再生鉛業中,廢鉛蓄電池 的再生處理占據了很大比例。100千克廢鉛蓄電池 可以回收50~60千克鉛。對於含鎘廢電池 的再生處理,國外已有較成熟的技術,處理100千克含鎘廢電池 可回收20千克左右的金屬鎘,對於含汞電池 則主要采用環境無害化處理手段防止其污染環境。而我國目前在這方面的管理相當薄弱。
註意:不可電池 兩端連接,否則電池 將會短路,損壞電池
鋰離子電池 保護電路設計
1 電路設計
1.1 電路概述
鋰離子電池 保護電路包括過度充電保護、過電流/ 短路保護和過放電保護等,該電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態時的安全,並防止特性劣化。它主要由集成保護電路IC、貼片電阻、貼片電容、場效應管(MOSFET) 、有的還有熱敏電阻(NTC) 、識別電阻( ID) 、保險絲( FUSE) 等構成。其電路圖如圖1所示。
鋰離子電池 保護電路圖
其中集成保護電路IC 用來檢測保護電路當前的電壓、電流、時間等參數以此來控製場效應管的開關狀態;場效應管(MOSFET) 則根據保護IC 來控製回路中是否有需開或關; 貼片電阻用作限流; 貼片電容作用為濾波、調節延遲時間;熱敏電阻用來檢測電池 塊內的環境溫度; 保險絲防止流過電池 的電流過大,切斷電流回路。
1.2 電路原理及參數確定
1.2.1 過度充電保護
當充電器對鋰電池 過度充電時,鋰電池 會因溫度上升而導致內壓上升,需終止當前充電的狀態。此時,集成保護電路IC 需檢測電池 電壓,當到達4.25V 時(假設電池 過充電壓臨界點為4.25 V) 即激活過度充電保護,將功率MOS 由開轉為切斷,進而截止充電。另外,為防止由於噪音所産生的過度充電而誤判為過充保護,因此需要設定延遲時間,並且延遲時間不能短於噪音的持續時間以免誤判。過充電保護延時時間tvdet1計算公式為:
t vdet1 = { C3 ×( Vdd - 0. 7) }/ (0. 48 ×10 - 6 ) (1)
式中: Vdd為保護N1 的過充電檢測電壓值。
簡便計算延時時間: t = C3/ 0. 01 ×77 (ms) (2)
如若C3 容值為0.22 F ,則延時值為:0. 22 /0. 01 ×77 = 1694 (ms)
1.2.2 過度放電保護
在過度放電的情況下,電解液因分解而導致電池 特性劣化,並造成充電次數的降低。過度放電保護IC 原理:為了防止鋰電池 的過度放電狀態,假設鋰電池 接上負載,當鋰電池 電壓低於其過度放電電壓檢測點(假定為2.3 V) 時將激活過度放電保護,使功率MOS FET 由開轉變為切斷而截止放電,以避免電池 過度放電現象産生,並將電池 保持在低靜態電流的待機模式,此時的電流僅0.1μA 。當鋰電池 接上充電器,且此時鋰電池 電壓高於過度放電電壓時,過度放電保護功能方可解除。另外,考慮到脈<IMG src="http://t10.baidu.com/it/u=4139112017,666395219&fm=0&gp=40.jpg" name=pn5>衝放電的情況,過放電檢測電路設有延遲時間以避免産生誤動作。
1.2.3 過電流及短路電流保護
因為不明原因(放電時或正負極遭金屬物誤觸) 造成過電流或短路,為確保安全,必須使其立即停止放電。過電流保護IC 原理為,當放電電流過大或短路情況産生時,保護IC 將激活過(短路) 電流保護,此時過電流的檢測是將功率MOSFET 的Rds (on) 當成感應阻抗用以監測其電壓的下降情形,如果比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電,運算公式為:
V_ = I ×Rds ( on) ×2 ( V_為過電流檢測電壓, I 為放電電流) (3)假設V_ = 0. 2V , Rds (on) = 25 mΩ,則保護電流的大小為I = 4 A 。
同樣,過電流檢測也必須設有延遲時間以防有突發電流流入時産生誤動作。通常在過電流産生後,若能去除過電流因素(例如馬上與負載脫離) ,將會恢復其正常狀態,可以再進行正常的充放電動作。
2 結束語
在進行保護電路設計時使電池 充電到飽滿的狀態是使用者很關心的問題,同時兼顧到安全性問題,因此需要在達到容許電壓時截止充電狀態。要同時符合這兩個條件,必須有高精密度的檢測器,目前檢測器的精密度為25 mV 。另外還必須考慮到集成保護電路IC 功耗、耐高電壓問題。此外為了使功率MOSFET的Rds ( on) 在充電電流與放電電流時有效應用, 需使該阻抗值盡量低, 目前該阻抗約為20~30 mΩ,這樣過電流檢測電壓就可較低。
電池 的發明者
萊頓瓶
在十八世紀的四、五十年代, 發電裝置的改善和大氣電現象的研究,吸引了物理學家們的廣泛興趣,1745年,普魯士的剋萊斯特利用導綫將摩擦所起的電引嚮裝有鐵釘的玻璃瓶。當他用手觸及鐵釘時,受到猛烈的一擊。
可能是在這個發現的啓發下,萊頓大學的馬森布羅剋在1746年發明了收集電荷的“萊頓瓶”。因為他看到好不容易收集的電卻很容易地在空氣中逐漸消失,他想尋找一種保存電的方法。有一天,他用一支槍管懸在空中,用起電機與槍管連着,另用一根銅綫從槍管中引出,浸入一個盛有水的玻璃瓶中,他讓一個助手一隻手握着玻璃瓶,馬森布羅剋在一旁使勁搖動起電機。這時他的助手不小心將中另一隻手與槍管碰上,他猛然感到一次強烈的電擊,喊了起來。馬森布羅剋於是與助手互換了一下,讓助手搖起電機,他自己一手拿水瓶子,另一隻手去碰槍管。
在一封信裏他描述了這次實驗結果:
“我想告訴你一個新奇但是可怕的實驗事實,但我警告你無論如何也不要再重複這個實驗。……把容器放在右手上,我試圖用另一隻手從充電的鐵柱上引出火花。突然,我的手受到了一下力量很大的打擊,使我的全身都震動了,……手臂和身體産生了一種無法形容的恐怖感覺。一句話,我以為我命休矣。”
雖然馬森布羅剋不願再做這個實驗,但他由此得出結論:把帶電體放在玻璃瓶內可以把電保存下來。衹是當時搞不清楚起保存電作用的究竟是瓶子還是瓶子裏的水,後來人們就把這個蓄電的瓶子稱作“萊頓瓶”,這個實驗稱為“萊頓瓶實驗”。這種“電震”現象的發現,轟動一時,極大的增加了人們對萊頓瓶的關註。
馬森布羅剋的警告起了相反的作用,人們在更大規模地重複進行着這種實驗,有時這種實驗簡直成了一種娛樂遊戲。人們用萊頓瓶作火花放電殺老鼠的表演,有人用它來點酒精和火藥。其中規模最壯觀的一次示範表演是法國人諾萊特在巴黎聖母院前作的。諾萊特邀請了法王路易十五的皇室成員臨場觀看表演。他調來了七百個修道士,讓他們手拉手排民一行,全長達900英尺,約275米,隊伍十分壯觀。讓排頭的修道士用手拿住萊頓瓶,排尾的修道士手握萊頓瓶的引綫,接着讓萊頓瓶起電,結果七百個修道士因受電擊幾乎同時跳了起來,在場的人無不為之目瞪口呆。諾萊特以令人信服的語氣嚮人們解釋了電的巨大威力。後來人們很快又把電用於醫學,將起電機産生的電通過病人身體,用於治療半身不遂,神經痛等病癥。這種治療方法一直使用,直到人們弄明白電的作用後,纔停止下來。
電池 的歷史電池 的發現主要歸於1800年左右,伏打alessandrovolta發現將鋅片和銀片藉由浸泡海水或????水的棉紙隔開竟能形成電流。稱為伏打電堆。若將幹淨的鋅片和銀片分別含在嘴唇的上下端,由於唾液也有酸性(猶如電解液)也會産生輸出電壓,於是嘴唇會感覺到微弱電流的通過。事實上衹要在兩種不同金屬間以電解液接通便會産生不同的電位差。johannritter則於1802年發現可以重複充電的電池 製作。然而最初的電池 都仍不理想,經過不斷改進直到1860年左右,開始發展出現代電池 的鼻祖。首先georgeleclanchefrance於1860年發展出碳鋅電池 。這種電池 更容易製造,且最初潮濕水性的電解液逐漸用黏濁狀類似糨糊的方式取代,於是裝在容器內時,『幹』性的電池 出現了,也就是『幹電池 』的始祖。碳鋅電池 仍舊是現代幹電池 中産量最多的電池 。鉛電池 :1860年raymond發展出鉛酸性電池 ,利用兩個薄鉛片以橡膠片隔開,然後浸於稀釋的硫酸中。最初的電容量很小,後來改用氧化鉛使得反應更迅速且更有效率。仍是汽車使用的最主要電池 。也占世界上電池 銷售的60%。近年來更有密封的鉛電池 更方便使用。不僅經濟(便宜)且能夠適應於不同環境。鉛電池 的正極氧化鉛pbo2反應成為硫酸鉛pbso4在負極則是將鉛也是反應形成硫酸鉛pbso4電解液則是稀釋的硫酸。 使用可充電電池 是平板電腦相對臺式機的優勢之一,它可以極大地方便在各種環境下平板電腦的使用。最早推出的電池 是鎳鎘電池 (NiCd),但這種電池 具有“記憶效應”,每次充電前必須放電,使用起來很不方便,不久就被鎳氫電池 (NiMH)所取代,NiMH 不僅沒有“記憶效應”,而且每單位重量可多提10 % 的電量。目前最常用的電池 是鋰離子電池 (Li-Ion),它也沒有“記憶效應”,與NiMH相比,每單位重量可獲得更多的電量,價格也比NiMH高一倍。在同樣重量下,這三種電池 的使用時間比是1:1.2:1.9。 dianchi
電池
battery
將一定形式的能量不經過中間機械轉換過程而直接轉換為電能的電源裝置。主要特點是:①可在電網或發電機不能或不易供電的場合提供直流電源;②工作時無噪聲,攜帶方便;③由單體電池 組成,可根據需要選用和組合。按照能量轉換的方式,電池 可分為:①利用電化學反應將化學能直接轉換成電能的化學電池 ,這類電池 種類很多,應用很廣,統稱化學電源;②利用光伏效應將太陽光能直接轉換成電能的太陽電池 ;③利用塞貝剋效應將熱能直接轉換成電能的溫差發電器;④將原子核放射能直接轉換為電能的核電池 等。後三者都是利用物理效應,故又總稱物理電源。
發展簡況 最早的原型化學電池 是伏打電堆,由意大利A.伏特於1800年發明。1859年法國G.普蘭特發明鉛蓄電池 ,1868年法國G.勒剋朗謝發明鋅錳電池 ,1899年瑞典W.榮格發明鎘鎳蓄電池 ,1900年美國T.A.愛迪生發明鐵鎳蓄電池 。這些電池 經過長期改進,已成為現代大量應用的化學電源。近代電子工業和航天工業的發展,加速了新型高能量電池 的研究。1941年法國H.G.安德烈製成高能量鋅銀蓄電池 。1958年英國F.培根製成高功率氫氧燃料電池 ,後來成功地應用在美國“阿波羅”號登月飛船中。70年代前半期,各種高能量鋰電池 分別在美國、法國、日本研製成功,並陸續投入使用。
原理 在化學電池 中,化學能直接轉變為電能是靠電池 內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果,這種反應分別在兩個電極上進行(見圖電池 中電化學反應原理圖)。負極活性物質由電位較負並在電解質中穩定的還原劑組成,如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質由電位較正並在電解質中穩定的氧化劑組成,如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物,氧或空氣,鹵素及其????類,含氧酸及其????類等。電解質則是具有良好離子導電性的材料,如酸、鹼、????的水溶液,有機或無機非水溶液、熔融????或固體電解質等。當外電路斷開時,兩極之間雖然有電位差(開路電壓),但沒有電流,存儲在電池 中的化學能並不轉換為電能。當外電路閉合時,在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池 內部,由於電解質中不存在自由電子,電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質界面的氧化或還原反應,以及反應物和反應産物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此,電池 內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時,電池 內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反;電極反應必須是可逆的,才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此,電極反應可逆是構成蓄電池 的必要條件。按照熱力學原理,在等溫等壓下,電池 體係所能輸出的最大功即體係的自由能增量為
□式中□為電池 電動勢(伏);□為吉布斯反應自由能增量(焦);□為法拉第常數=96500庫=26.8安□小時;□為電池 反應的當量數。這是電池 電動勢與電池 反應之間的基本熱力學關係式,也是計算電池 能量轉換效率的基本熱力學方程式。實際上,當電流流過電極時,電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢,這種現象稱為極化。電流密度(單位電極面積上通過的電流)越大,極化越嚴重。極化現象是造成電池 能量損失的重要原因之一。極化的原因有三:①由電池 中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化;②由電極-電解質界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化;③由電極-電解質界面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。
主要 : Battery, Bat battery, gamma electric cell, galvanic element cell n.: batteries, cuvette, element, cell, dry [storage] battery, photoelectric cell, cell; battery, voltaic cell, battery cell, portable container of a cell or cells for supplying electricity, device for producing an electric current by chemical action, eg the metal plates in acid inside a battery adj.: flat n. pile 蓄電池 電池 組 , 電瓶 聚合物電池 聚合物鋰電池 鋰聚合物電池 河南 新鄉 鎳氫電池 充電電池 數碼百科 電源 直流係統 電器 教育 工程 電力 物理化學 手機 筆記本 科技 社會學 能量 新一代電池 百科大全 更多結果...
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