电化学综述

化学电源的综述

摘要：本文综述了化学电源的特点、分类，总结电源发展热点，展望了化学电源应用的美好前景。

关键词：化学电源；分类及特点；绿色化学电源

随着信息技术的发展，通讯技术产品开发的日新月异，高能化学电源成为电子产品的原动力。电子技术、移动通讯事业的进步推动了电池产业和技术的高速发展，金属氢化物镍电池、锂电池等新型蓄电池系列不断商品化。电动车的发展促进了锌空气、锌镍、燃料等系列取得突破性进展【1】。随着科学技术的不断进步，新的电池系列越来越多。因而，化学电源是一门古老而又年轻的科学【2】。

1.化学电源的特点

1.1能量转换效率高

如果把化学电源与当今人类普遍利用获取电能的手段——火力发电相比较，其功率和规模确实远不及后者；然而就其能量转换效率而言，远远高于火力发电。从理论上讲可以达到100%。因为火力发电属于间接发电，能量转换环节多，受热机卡诺循环的限制，效率很低，约有60～70%的热量白白浪费。而化学电源是直接发电装置，以燃料电池为例，实际效率在60%以上，在考虑能量综合利用时其实际效率高于80%。

1.2污染相对较少

化学电源与通过直接燃烧石油、天然气、煤气获取能量方式相比，产生的环境污染少，这是它的又一特点。我们知道，随着工业生产的发展，能源的不合理使用，已经并且正在继续不断地加重着环境污染。石油、煤炭、天然气燃烧时会排出大量的SO2和气溶胶微粒。

面对着严重大气污染，人类发出“保护大气就是爱惜生命”的呼吁。为此世界各国正在积极研制电动汽车，以达到环保要求，现已有部分样车在运行。

1.3便于使用

化学电源的特点还在于具有可携带性、使用方便。可以做成适合不同工作需要的多种性能的装置，从而为一些用于特殊目的的设备提供电能，这是其它供电方式无法比拟的。

2.电池发展基础

2.1电池随社会的需求而出现，随着科技的进步而发展

电池虽然经历了两个世纪，然而在20世纪前几十年，电池理论和技术还处于停滞时期，

直到上世纪50年代，家庭电器化特别是半导体收音机的出现才带动了干电池的发展。60年代半导体的普及，促进了纸板电池的发展。70年代LED、LCD和CMOSIC计算机的出现，促进了电池的微型化。90年代随着移动电话的出现出现了高能量密度锂离子电池以及MH/Ni 电池的商业化。同样，电池随着航天航空的要求使以往设想的燃料电池达到实用化。

2.2电池的进步很大程度上取决于材料的进展

碱锰电池的兴起，得益于电解二氧化锰，这的确是为了电池的需求引起的。但MH/Ni 电池的兴起，吸氢材料的研究开始并非为了电池的需要。锂离子电池的开发有赖于碳素的研究，而导电聚合物材料的研究有可能改变固态电解质电池的面貌[3]。

2.3电池的需用量是受电池器具的销售量所左右

90年代的4C工业（计算机、移动电话、摄像机以及无绳工具）的普及，日常生活对电池的需求已到了须臾不可分离的地步。据报道，世界人口年均电池消耗量已到6~8只，而发达国家的年人均消费量超过20只。因此电池的发展必须赶上电器用具的发展。形状或方或圆，厚度或薄或厚，功率密度与能量密度或高或低，体积或大或小，质量或轻或重，用途可军可民，温度适应或高或低，承受冲击力可大可小，总之在20世纪的标准化有可能向非标准化迈进。

3.化学电源的分类

3.1按电解液分类

有酸性电池如铅酸电池等和碱性电池如碱性银电池、镍锅电池、镍氢电池等。

3.2按活性物质分类

有锰干电池、水银电池、氧化银电池、铅电池、镍树电池、镍氢电池、锌镍电池、铁镍电池、锌银电池、理电池、锉离子电池等。

3.3按结构形式分类

有圆柱形电池、方形电池、袋式电池、钮扣电池、密封电池、开口电池等。

3.4按应用领域分类

有军用电池、民用电池、航空电池、空间电池、机车电池、汽车电池等。

3.5按使用功能分类

有普通电池、安全电池、智能电池等。

3.6按环境保护要求分类

有一般电池均有环境污染, 如水银电池、锰干电池、镍锅电池等和绿色电池均无环境污染, 如镍一氢电他和理电池等

4.化学电源的发展热点

随着以信息、通讯、视听为主导的电子产品设备的便携化、无绳化、多功能化，以及对电池提出的电流大、重量轻、体积小、无污染、使用寿命长等要求，各国都在致力发展新一代电池。其发展热点有以下一些方面：

一次电池朝高容量、无水银、碱性化方向发展，锰干电池渐趋萎缩，碱锰电池比例逐渐增大。日本干电池碱性化率从1990年的24%增长到1996年的50%。

二次电池中，镍氢和锂离子电池将逐渐挤占镍镉电池原有的市场份额，从而打破镍镉电池一统天下的格局。1992年，索尼公司率先解决锂金属电镀安全问题，开始批量生产锂离子电池。可以预见，在不久的将来，锂离子电池将会找到大幅度降低成本的措施，届时，镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池将形成三足鼎立的大好局面。

新一代智能电池成为电池产业当前研究发展的方向。智能电池最重要的特征是通过与充电器或与使用电池设备的接口获得电池运行的信息，使用户能合理地管理充电和用电时间。为此，必须在电池或电池组内安装特种功能的IC，或者通过充电器、使用电他的设备来实现这种智能。

5.结论

总之,由于电子技术、通讯事业、信息产业的飞速发展及国际上对环境和资源保护的日益重视,促使化学电源产品向高容量、高性能、低消耗、无公害、体积小和重量轻的方向发展。小型二次高能电池朝着这个方向飞速前进,将成为21 世纪世界科技中一颗璀璨的明珠。参考文献

[1]王金良，马扣祥.化学电源科普知识[J].电池工业，2000,，（4）.

[2]夏熙.中国化学电源五十年（1）-锌/二氧化锰[J].电池，1999,（5）.

[3]夏熙.迈向21世纪的化学电源[J].电池，2000，（3）