电池

电池类型电池是指能将化学能、内能、光能、原子能等形式的能直接转化为电能的装置．最早的电池我们可以追溯到两百年以前意大利物理学家伏特发明的伏打电池，它使人们第一次获得了比较稳定而持续的电流,具有划时代的意义．在伏打电池原理和研发精神的指引下，人们通过不断努力，开发了一代又一代的新型电池，从人们普遍使用的干电池到新型的太阳能电池、锂聚合物电池和燃料电池等等，不仅在电池容量、体积、使用方便程度等方面有很大突破，更重要的是在这些新型电池的研发过程中，渗透着人们强烈的绿色环保意识，电池的开发、发展正以绿色环保作为重要的指导精神．依材质区分：碳锌电池亦称为锌锰电池，是目前最普遍之干电池，它有价格低廉和使用安全可靠的特点，基于环保因素的考量，由于仍含有镉之成份，因此必须回收，以免对地球环境造成破坏．碱性电池亦称为碱性干电池，适用于需放电量大及长时间使用．电池内阻较低，因此产生之电流较一般锰电池为大，而环保型含汞量只有0.025%，无须回收．水银电池水银电池，因为污染和电容量之故现已逐渐被锂-锰配方取代锂电池锂电池镍镉充电电池镍镉充电电池已为大众早期广泛使用，可重覆约500次之充放电，但约10次充放电后即会产生记忆效应；另一个缺点是，在充放电时，阴极会长出镉的针状结晶，有时会穿透分隔物而引起内部枝状晶体式的短路．由于含有镉之成份，因此必须回收． 镍氢充电电池它是使用氧化镍作为阳极，以及吸收了氢的金属合金作为阴极，一般可进行500次以上的充放电循环．由于不含汞及镉之原料，不必回收．锂充电电池铅酸电池太阳能电池在化学电池中，根据能否用充电方式恢复电池存储电能的特性，可以分为一次电池（也称原电池）和二次电池（又名蓄电池，俗称可充电电池，可以多次重复使用）两大类．一次电池又可分为普通锌锰（中性锌锰）、碱性锌锰、锌汞、锌空、镁锰和锌银六个系列；二次电池主要有镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、碱锰充电电池和铅蓄电池等类型．在数码设备中，常用的电池类型是干电池（包括碱性电池）、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等．干电池：这是使用最普遍的电池类型之一，很多人用过干电池，但了解其构造的人却不多．一般我们常用的干电池又称为锌锰电池．可分为碳锌电池和氯化锌电池，其优点是能量密度较高，电流密度适当，易实现机械化生产等．但很可惜的是由于能量密度不足，一般这种电池只用于耗电量较小的电子产品，如：闹钟，计算器等．如果你打算用他来驱动你的数码相机恐怕你会大失所望．圆筒型锌锰电池因隔离物的区别可分为糊式锌锰电池和纸板锌锰电池．其中纸板锌锰电池因配方组成的差异引起电性能的不同，又分为C型纸板电池（碳锌电池），也称为高容量电池；P型纸板电池（氯化锌电池），又称为高功率电池．一般超市或零售市场上的干电池皆为此类电池，其标示为Super Heavy Duty．“C”型的电力容量较“P”型电池低约20%，一般随货赠送的电池多为此类电池，干电池的包装分为纸壳（“C”型常用）, PVC, 铁壳及铅皮等四类包装, 同时依含汞量（基本标准为15ppm）来区分还有环保和非环保之不同．碱性锌-锰电池：是干电池中的一个重要角色．这一类的电池就是我们常称的“碱性电池”，由于电容量大，电流强使用上又持久，市场上对此类电池的需求越来越高．然而，部分厂商的碱性电池为非环保的含汞电池，原因是此类电池如在成份中加入氧化银可提升其电容量约30%以上，但同时零售价格也相对提高．迄今为止，碱性电池是最成功的高容量电池，也是目前最具性能价格比的电池之一，它改变了传统电池的内部结构和电化学系统，同过采用极纯净极活跃的正负极材料，它的放电容量达到了普通干电池的5-7倍，存储寿命也超过了普通电池的两倍．另一方面，碱性电池也因为它完美的放电曲线而倍受青睐，特别适用于需要持续大电流放电的场合，如相机，电动玩具，BP机，WALKMAN，电动剔须刀等．镍锰电池：这是2002年三月发表的最新电池品种 - 碱性镍-锰大电流电池．由于数码相机的耗电量大，一般的碱性电池在电力完全用完前，电流就无法推动，形成浪费．新一代的镍锰电池在电池的正极材料中采用了往常仅加在镍氢电池当中的“氢氧化镍 NiOH”，成功开发出了电量不易随使用时间而下降的新型电池．这种电池不仅具有较大的电流，同时耐力也比一般碱性电池增强1.5～5倍．镍镉电池：镍镉电池是最早应用于手机、笔记本电脑等设备的电池种类，它具有良好的大电流放电特性、耐过充放电能力强、维护简单．镍镉电池最致命的缺点是，在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得服务寿命大大缩短．所谓“记忆效应”就是电池在充电前，电池的电量没有被完全放尽，久而久之将会引起电池容量的降低，在电池充放电的过程中（放电较为明显），会在电池极板上产生些许的小气泡，日积月累这些气泡减少了电池极板的面积也间接影响了电池的容量．当然，我们可以通过掌握合理的充放电方法来减轻“记忆效应”．此外，镉是有毒的，因而镍镉电池不利于生态环境的保护．众多的缺点使得镍镉电池已基本被淘汰出数码设备电池的应用范围．镍镉电池的包装分为零售用的正极凸头和组装用的正极平头包装两种，在容量上没有差异．在充电回路也和下面所介绍的镍氢电池类似，采用1.6倍电压充电．通常镍镉电池的充电次数为300～800次, 在充放电达500次后电容量会下降至约80%．镍镉电池的记忆效应比镍氢电池来的严重．所以必须在完全没电时才可进行充电, 以确保使用寿命．镍氢电池：镍氢电池是早期的镍镉电池的替代产品，不再使用有毒的镉，可以消除重金属元素对环境带来的污染问题．它是使用氧化镍作为阳极，以及吸收了氢的金属合金作为阴极，由于此合金可吸收高达本身体积100倍的氢，储存能力极强．镍氢电池的能量密度比镍镉电池大，其容量约为镍镉电池的数倍；另外，它具有同镍镉电池的1.2伏电压，及自身放电特性，可在一小时内再充电，内阻较低，一般可进行500次以上的充放电循环．镍氢电池具有较大的能量密度比，这意味着可以在不为数码设备增加额外重量的情况下，使用镍氢电池能有效地延长设备的工作时间．同时镍氢电池在电学特性方面与镍镉电池亦基本相似，在实际应用时完全可以替代镍镉电池，而不需要对设备进行任何改造．镍氢电池另一个优点是：大大减小了镍镉电池中存在的“记忆效应”，这使镍氢电池可以更方便地使用．锂-锰电池：在介绍锂电池前，我们先来了解一下锂电池的种类．锂电池是目前使用最多锂钮扣电池（最早我们称为水银电池，因为污染和电容量之故线已逐渐被锂-锰配方取代）基本电压为3.0V，最高电容量可达1200mAH．此电池可设计成轻薄短小且容量高的状况．加上放电曲线稳定，因此许多高科技产品如主机板都使用它来当记忆体的备用电池．此外，被设计成圆柱型的锂电池则具有高容量, 低内阻, 可以瞬间放出大电流, 是照相机电池市场的极佳选择．不过，因为它的原料金属锂具有相当高的化学活性, 因此不宜使用过多于同一电池中，以避免有产生爆炸的危险．锂-亚硫酸氯：此系列电池是目前锂电池中放电压最高的一种电池，可达3.6V！其在常温中以等电流密度放电时，放电曲线极为平坦．在摄氏 -40度的情况下这类电池的电容量还可以维持在常温容量的50%左右，因此其具有极为优良的低温操作性能．再加上其年自放电率约为2%左右, 所以贮存寿命可长达10年以上，目前和锂-锰电池分占依次锂电池的两大市场．锂离子电池和其它金属锂电子一样具有输出高电压的能力， 3.0～4.0V，且比金属锂更安全，因为它是采锂离子状态，Li-Ion电池没有可流动的液态电解质而改以聚合物电解质导电．其后，美国贝尔实验室提出了新的锂电池设计理念，“塑料锂离子电池”．和Li-Ion 不同的是隔膜材料和电解质的状态，在三种基层材料(正负极和隔膜)的最佳粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE) , 采用50%PTFE乳剂, 经过处理和定尺寸一次碾压，构成Li-Ion电池本体．锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用——现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源，尽管其价格相对来说比较昂贵．锂离子电池与镍氢电池相比，重量较镍氢轻30～40%，能量比却高出60％．正因为如此, 锂离子电池生产和销售量正逐渐超过镍氢电池．锂离子电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.5～2倍，充放电次数可达500次以上，而且具有很低的自放电率．此外，锂离子电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质等优点也是它广泛应用的重要原因．碱锰充电电池：是在碱性锌锰电池的基础上发展起来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，故又称为无汞碱锰电池．这种电池在不改变原碱性电池放电特性的同时，又能充电使用几十次到几百次，比较经济实惠．锂聚合物电池（又称高分子锂电池）：具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性和低成本等多种明显优势，是一种新型电池．在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池．该类电池可以达到的最小厚度为0.5mm，想象一下今后的电池可以薄得像信用卡一样，是不是觉得很不可思议？铅蓄电池：常用的充电电池除了上述介绍的锂电池之外，铅酸电池也是非常重要的一个电池系统．但其体积和重量一直无法获得有效的改善，因此目前最常见还是使用在汽车、摩托车发动之上．铅酸电池最大的改良，则是新近采用高效率氧气重组技术完成水份再生，藉此达到完全密封不需加水的目的，而制成的“免加水电池”其寿命可长达4年(单一极板电压 2V)．燃料电池：是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置．具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的“发电机”．电池工作时需要连续地供给活物质（起反应的物质）——燃料和氧化剂，这又和其它普通化学电池不大一样．燃料电池的优点是能量转换效率高、可靠性高、工作时无噪声、无尘埃、无辐射，是一种清洁的能源．这种小型设备可以为手机、笔记本电脑、PDA 和其他一些便携设备提供能量，和目前所使用的锂离子电池相比，重量只相当于原有锂离子电池一半的燃料电池就可以提供约4倍的电池能量．不过这样的设备目前还处于试验当中．电池的构造：一、干电池的构造日常使用的干电池是一种锌锰电池，也叫碳锌电池．它的构造是：负极为锌做的圆筒，做成筒状的目的是用来储存电解液等化学药品．正极是一根碳棒，它的周围被二氧化锰、碳粉和氯化铵水的混合剂所包围，总称为“碳包”．碳包和锌筒之间充填着氯化铵、氯化锌的水溶液和淀粉等组成的糊状物，成为电糊．电池口上用沥青、松香等配成的封口剂封牢．干电池的锌筒、碳包和氯化铵溶液的作用，分别相当于伏打电池的锌片、铜片和稀硫酸溶液．干电池工作时，锌和氯化铵发生变化，产生氢气，附着在碳棒上面．由于氢的电阻很大，电池工作时，在电极附近产生相当大的电压降，使路端电压降低（这种现象称为“极化”）．所以在干电池中加入二氧化锰作为“退极化剂”．二氧化锰是不良导体，如果用得太多，电池的内电阻就要增大，用得太少，退极化作用太慢．为了解决这个问题，通常就加入了一些导电本领较好的碳粉，它的作用主要是导电，其次是吸收反应过程中生成的部分气体．电糊中的主要成分是氯化铵，它相当于伏打电池的稀硫酸溶液．电糊中的氯化锌的作用是增加溶液中的锌离子浓度，缓和氯化锌对锌筒的腐蚀，延长电池的使用时间．封口的目的是防止电池内部的水分散发和外部水分侵入，避免电液外流使干电池便于携带，以及防止碳包和锌筒短路．二、铅蓄电池的构造铅蓄电池也叫酸蓄电池（铁镍蓄电池也叫碱蓄电池）．铅蓄电池的两个电极，均以铅板为骨架．在充好电的正极铅板上是二氧化铅，呈红褐色，在负极铅板上是海绵状铅，呈灰黑色．每个电极都是由数块铅板并联组成，用合金焊接为一个整体，以便增大极板面积，使更多物质参与化学作用，增大电池容量．两个电极的铅板相间排列，并衬以隔离板，使它们不接触．负极铅板的块数常比正极多一个．这样做的目的有两个，第一，使正极铅板两面的化学物质都可以与负极起作用；第二，当放电后，正极板上的二氧化铅变成硫酸铅，体积发生变化时，极板不致弯曲．负极上的铅在放电后虽然也变成硫酸铅，但因为是海绵状，体积变化小，极板不致弯曲．隔离板通常为带有小孔的硬橡胶板、玻璃丝和木板．铅蓄电池的电液，是由硫酸与蒸馏水按照1∶2的比例配成的稀硫酸溶液，密度为1.28克/厘米3．电液必须纯净，切忌有杂质混入．铅蓄电池的外壳由不跟电解液起化学作用的材料（如玻璃或硬塑料）制成．电池上面用硬橡胶或灌沥青的盖子封固．盖上用一个小圆口，以便向电池内注入电液和排除充电时产生的气体．蓄电池容量的大小以安时数来表示，容量为15安时的蓄电池，用1安培的电流可持续放电15小时，或2安培的电流可持续放电7.5小时．以下的楼主要求的化学成分正极材料：MnO2、石墨棒负极材料：锌片电解质：NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊状物电池符号可表示为（－） Zn｜ZnCl2、NH4Cl（糊状）‖MnO2｜C（石墨）（＋）负极：Zn＝Zn2＋＋2e正极：2MnO2＋2NH4＋＋2e＝Mn2O3＋2NH3＋H2O总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4＋＝2Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O镍氢电池由氢氧化镍正极，储氢合金负极，隔膜纸，电解液，钢壳，顶盖，密封圈等组成。