什么是電池？

電池是一種能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存能量的電化學(xué)裝置。由于化學(xué)物質(zhì)的特殊位置，電池被連接到電路中，由于電子的流動(dòng)，它轉(zhuǎn)化為電能。它是由亞歷山德羅·伏特發(fā)明的，而 Gaston Plante 發(fā)明了蓄電池。

這種電池由三部分組成: 負(fù)極、正極和電解液(與兩面發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)) ，如下圖所示。所述電解質(zhì)用作陽(yáng)極和陰極之間的電子傳輸介質(zhì)。

它的工作原理是由于電化學(xué)反應(yīng)稱為氧化和還原。在這個(gè)反應(yīng)中，當(dāng)外部電路連接到陽(yáng)極和陰極時(shí)，電子從一邊流向另一邊。

通用電池圖。

電池的化學(xué)成份可以根據(jù)不同的應(yīng)用、規(guī)格、大小等而有所不同，這些在下面的電池類型中解釋。

電池應(yīng)用

電池用于需要儲(chǔ)存能量以備將來(lái)使用的應(yīng)用場(chǎng)合。便攜式、應(yīng)急和低功耗設(shè)備通常使用電池。便攜式設(shè)備，比如移動(dòng)筆記本電腦，有一塊電池，可以在任何地方使用。應(yīng)急裝置如逆變器、火炬等，在沒(méi)有電的時(shí)候使用。低功耗設(shè)備，如手表，血氧計(jì)等，可以運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間后，更換電池。電源供應(yīng)并非適用于所有情況。

對(duì)電池的要求取決于不同的條件，比如需要多少電力或者什么設(shè)備可攜帶。但是墻上的手表怎么辦？為什么它沒(méi)有連接到插座？

這塊墻表耗電很少。一個(gè)1.2 v 的電池可以使它運(yùn)行幾乎兩年，但這不是主要原因。手表應(yīng)該每時(shí)每刻都充電以獲得正確的時(shí)間，這可以通過(guò)電池來(lái)完成。權(quán)力上的一個(gè)障礙就會(huì)造成時(shí)間上的延遲。這就是為什么它被設(shè)計(jì)成用更少的能量工作，從而允許手表運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間，使電池成為一個(gè)有效的方式來(lái)不斷提供電力。

讓我們?cè)倥e一個(gè)例子。一般來(lái)說(shuō)，汽車以汽油為燃料。在自啟動(dòng)汽車中，發(fā)動(dòng)機(jī)的初始點(diǎn)火是由點(diǎn)火線圈和發(fā)動(dòng)機(jī)完成的。發(fā)動(dòng)機(jī)用于達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)速，點(diǎn)火線圈用作點(diǎn)火源。這輛汽車的點(diǎn)火線圈大約需要四安培。這種電流在不同的制造商之間會(huì)有所不同，而且車內(nèi)有很大的空間。這就是為什么要滿足更高的電流要求，鉛酸蓄電池是完美的。

車輛點(diǎn)火。

從上面的例子，我們可以說(shuō)，電池的使用取決于條件和應(yīng)用。

一次性電池

這種一次性使用而不能充電的電池稱為一次性電池。這種類型的電池在使用后就會(huì)被扔掉。它也被稱為不可充電電池。對(duì)于手表、照相機(jī)、手電筒等便攜設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是一種非常簡(jiǎn)單方便的電源。電池有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，如下圖所示。

電池的標(biāo)準(zhǔn)尺寸

這些電池價(jià)格便宜，體積小，重量輕，而且不需要或者維護(hù)費(fèi)用低。

一些常用的一次電池

鹼性電池

鹼性電池電極主要由鋅和二氧化錳組成。堿性電解質(zhì)可以用作鉀或氫氧化鈉。正如你在下面的圖片中看到的，外殼是一個(gè)鋼鼓，鼓上有一個(gè)帽子，是一個(gè)正極。如圖所示，在這個(gè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部，混合著煤塵的細(xì)顆粒二氧化錳(MnO2)被分解。這種脫殼的混合物是鹼性電池中陰極的一部分。還有另一個(gè)粉末填充在陰極粉，這是鋅粉與氫氧化鉀。鋅粉是鹼性電池中陽(yáng)極的一部分。兩種粉末都用紙分離器分離。紙分離器用氫氧化鉀浸泡，這是一種介于陰極(MnO2)和陽(yáng)極(Zn)之間的電解質(zhì)。金屬黃銅引腳是沿著鹼性電池的中心軸線插入的，這是一個(gè)負(fù)極集電針。銷與金屬端接觸。有一個(gè)塑料蓋，將金屬端和鋼桶分開。金屬末端是鹼性電池的負(fù)極。

這種電池用于需要低電壓的地方。單個(gè)電池可以提供1.5 v 的電壓。這是非常便宜的，所以它可以降低產(chǎn)品的成本。每一個(gè)掛在墻上或遙控器控制你的電視和交流電的時(shí)鐘工作在這些堿性電池。

紐扣電池

正如你所看到的，紐扣電池的形狀是一個(gè)紐扣，引導(dǎo)主體成為陰極，而陽(yáng)極在電池的頂部是絕緣的。身體是由鎳板不銹鋼-一個(gè)正面終端的硬幣電池。在 CAN 的頂部，你可以看到一個(gè)負(fù)的終端帽。CAN 和上蓋都由絕緣體材料制成的墊片隔開。在電池內(nèi)部，有兩種材料: 金屬鋰和二氧化錳，由隔板隔開。電池中使用的電解液是有機(jī)溶劑中的鋰鹽。

在不同尺寸的手表上可以看到紐扣或硬幣單元格。這也屬于堿性電池的范疇，因?yàn)樗扇N物質(zhì)組成-- 鋰作為陽(yáng)極，二氧化錳作為陰極，堿性作為電解質(zhì)。這些電池用于為小型設(shè)備如手表、計(jì)算器內(nèi)存等提供動(dòng)力。

二次性電池

為了可重復(fù)使用而充電的電池稱為二次電池。它們也被稱為可充電電池。它們與堿性電池具有相同的電化學(xué)反應(yīng)，但是電化學(xué)反應(yīng)可以逆轉(zhuǎn)。這種類型的電池用于移動(dòng)電話，筆記本電腦，電動(dòng)車等便攜式設(shè)備。此外，蓄電池電源與逆變器一起使用，逆變器儲(chǔ)存電力供應(yīng)我們的家庭設(shè)備。

一些常見的二次電池

鉛酸蓄電池

鉛酸蓄電池容器是由瀝青混合物制成的硬質(zhì)橡膠制成。容器獲得稀硫酸，這是一種電解質(zhì)。格柵形式的鉛板浸泡在電解液中。鉛酸蓄電池的正極板由過(guò)氧化鉛(PbO2)制成。這是一種深褐色硬而易碎的物質(zhì)。負(fù)極板是在柔軟的海綿條件下用純鉛制成的。分離器將兩個(gè)電極分開。這種分離器可以由纖維素、聚氯乙烯、有機(jī)橡膠和聚烯烴制成。正負(fù)極分別連接在電池的頂部，電池頂部是外部的正負(fù)極，用來(lái)連接負(fù)載或設(shè)備。有一個(gè)中心有一個(gè)小孔的過(guò)濾帽。過(guò)濾帽提供了加入電解質(zhì)的途徑，孔允許氣體排放到大氣中。

這些電池成本低，可靠，體積更大，重量更重。它主要用于重型應(yīng)用程序，因?yàn)樗遣槐銛y式由于其重量和大小。它用于非便攜式應(yīng)用，如太陽(yáng)能電池板儲(chǔ)能，車輛點(diǎn)火和照明，備用電源，負(fù)載均衡的發(fā)電和配電。

鎳鎘電池

一種鎳鎘電池(鎳鎘或鎳鎘電池)是以堿式氧化鎳為陰極，金屬鎘為陽(yáng)極。首先，在氧化還原周圍保留一層氧化鎳。這一層起著陰極的作用。在陰極層之上，用氫氧化鉀或氫氧化鈉分離器提供 OH 離子。在這一層之后，鎘層作為鎳鎘電池的陽(yáng)極。鎳層起正極作用，鎘起負(fù)極作用。所述層的排列在一殼體內(nèi)滾成圓柱形。外殼由金屬制成，帶有密封板和安全閥，可以實(shí)現(xiàn)容器內(nèi)的氣體排出。電池頂部的蓋子由一個(gè)墊圈絕緣，作為鎘鎳電池的正極。

這些電池的成本相對(duì)較低，有毒的材料和高自放電率。具有較高的充放電循環(huán)次數(shù)。能量密度高于鉛酸蓄電池。它更小，更輕，并且像堿性電池一樣有不同的尺寸。一般用于玩具、太陽(yáng)能燈、無(wú)繩電話等低成本設(shè)備中。

鎳金屬氫化物電池

鎳金屬氫化物電池(NiMH 或 Ni-MH)是以堿式氧化鎳為陰極，以吸氫合金為陽(yáng)極制成的。鎳氫電池的結(jié)構(gòu)與鎘鎳電池相同。堿式氧化鎳層和吸氫合金用氫氧化鉀或氫氧化鈉隔板軋制。作為負(fù)極的外金屬殼體與吸氫合金連接。電池頂部的蓋子作為一個(gè)正極，與堿式氧化鎳連接。絕緣密封環(huán)或墊圈可分隔負(fù)端子和正端子。

與鎳鎘合金相比，具有能量密度高、毒性小、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)。與鎳鎘合金相比，鎳鎘合金相對(duì)昂貴。具有耐過(guò)充、過(guò)放電性能。它不是很容易充電，一些制造商提供他們的特定充電器。

鋰離子電池

鋰離子電池的正極由石墨制成，負(fù)極由金屬鋰氧化物制成。鋰鹽作為有機(jī)溶劑被用作電解質(zhì)。當(dāng)電池連接到電路或負(fù)載時(shí)，鋰離子從負(fù)極遷移到正極。

在下面的圖片中，除了材料外，鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與鎳鎘和鎳銨電池相似。鋰金屬氧化物被包裹在正極鋁箔上。石墨被包覆在作為負(fù)極的銅箔上。兩片箔都被卷成一個(gè)圓柱形，中間有一個(gè)分離器。觀眾浸泡與電解質(zhì)材料，一般是鋰鹽作為有機(jī)溶劑。外部金屬外殼為負(fù)極，上蓋為正極端子。兩者之間用一個(gè)由絕緣材料制成的墊圈隔開。

鋰離子電池用于手機(jī)、筆記本電腦和許多便攜設(shè)備。由于其輕質(zhì)的特性，它還被用于軍事和航空航天領(lǐng)域。與其他類型的電池相比，它具有更高的能量密度和更低的自放電。它也有不同的尺寸。其單電池電壓較高。這些有一個(gè)重大的爆炸危險(xiǎn)時(shí)，它是短路或外部損壞。