除了锂离子电池还有什么新型电池?
除了锂离子电池还有什么新型电池?
发布日期: 2024-09-01 09:04:32
   来源:理士DGW系列  
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  新型电池都遵循这样一个方向,即自重小、体积小、容量大、温度适应范围宽、使用安全、储存期长、维护方便。应用于空间技术方面的电池还格外的注意性能可靠、密封性好,能经受得住各种严酷的空间环境和发射环境的考验。1.锌银电池。采用氢氧化钾或氢氧化钠为电解液,由银作正极材料,锌作负极材料。由银制成的正极上的活性物质是多孔性银,由锌制成的负极上的活性物质主要是氧化锌。灌入电解液,经充电后,正极的银变成二价的氧化银,负极的氧化锌变成锌。锌银电池一般装在塑料壳内或装在铝合金、不锈钢的外壳内。锌银电池主要优点是比能量高,它的能量与质量比(单位质量产生的有效电能量)达100W·h/kg~130W·h/kg(是铅蓄电池的3~4倍)。适宜于大电流放电的锌银电池应用于军事、航空、移动的通信设施、电子仪器和人造卫星、宇宙航行等方面。制成钮扣式微型的锌银电池应用于电子手表、助听器、计算机和心脏起搏器等。2.锂电池。锂在自然界是最轻的金属元)素。以锂为负极,与适当的正极匹配,能够获得高达380W·h/kg~450W·h/kg的能量质量比。以锂作为负极的电池都叫锂电池。作为一次电池目前试用的,一种是以高氯酸锂为电解质,由聚氟化碳作正极材料的锂电池,另一种是以溴化锂为电解质由二氧化硫为正极材料的锂电池。锂电池的主要优点是在较小的体积或自重下,能放出较大的电能(比能量比锌银电池大得多),放电时电压十分平稳,储存寿命长,能在很宽广温度范围内有效工作。应用和锌银电池相同。从发展的新趋势看,锂电池的竞争能力将超过锌银电池。3.太阳电池。目前常用的太阳电池是由硅制成的;一般是在电子型单晶硅的小片上用扩散法渗进一薄层硼,以得到PN结,然后再加上电极。当日光直射到渗了硼的薄层面上时,两极间就产生电动势。这种电池可用作人造卫星上仪器的电源。除硅外,砷化镓也是制作太阳电池的好材料。4.原子电池。据1975年的报道,当时国外正对第一个原子电池来测试。这个可输出20瓦、质量为1398kg的原子电池已沉入北海海底,向邻近的海洋测量站供电。这种电池密封在长84cm、直径69cm、铅外壁厚10cm的圆柱体中。它的核心部分是锶90。当锶衰变时,它产生相当于300W的热能,然后通过热电发生器将热能转化为电能。最后输出的电功率是20W,电压28V。据称这种原子电池不需维护,至少可用5年,估计可用10年。

  1.锌银电池。采用氢氧化钾或氢氧化钠为电解液,由银作正极材料,锌作负极材料。由银制成的正极上的活性物质是多孔性银,由锌制成的负极上的活性物质主要是氧化锌。灌入电解液,经充电后,正极的银变成二价的氧化银,负极的氧化锌变成锌。锌银电池一般装在塑料壳内或装在铝合金、不锈钢的外壳内。锌银电池主要优点是比能量高,它的能量与质量比(单位质量产生的有效电能量)达100W·h/kg~130W·h/kg(是铅蓄电池的3~4倍)。适宜于大电流放电的锌银电池应用于军事、航空、移动的通信设施、电子仪器和人造卫星、宇宙航行等方面。制成钮扣式微型的锌银电池应用于电子手表、助听器、计算机和心脏起搏器等。2.锂电池。锂在自然界是最轻的金属元素。以锂为负极,与适当的正极匹配,能够获得高达380W·h/kg~450W·h/kg的能量质量比。以锂作为负极的电池都叫锂电池。作为一次电池目前试用的,一种是以高氯酸锂为电解质,由聚氟化碳作正极材料的锂电池,另一种是以溴化锂为电解质由二氧化硫为正极材料的锂电池。锂电池的主要优点是在较小的体积或自重下,能放出较大的电能(比能量比锌银电池大得多),放电时电压十分平稳,储存寿命长,能在很宽广温度范围内有效工作。应用和锌银电池相同。从发展的新趋势看,锂电池的竞争能力将超过锌银电池。3.太阳电池。目前常用的太阳电池是由硅制成的;一般是在电子型单晶硅的小片上用扩散法渗进一薄层硼,以得到PN结,然后再加上电极。当日光直射到渗了硼的薄层面上时,两极间就产生电动势。这种电池可用作人造卫星上仪器的电源。除硅外,砷化镓也是制作太阳电池的好材料。

  锂硫电池有望在锂离子电池的基础上实现单位体积内的包含的能量的倍增,达到400Wh/kg;锂-空气电池的单位体积内的包含的能量甚至有望达到锂离子电池的10倍,可达3000Wh/kg。这还在于此种电池使用空气作为一种非板载的反应物,氧气代替了电极中的元素,所以能极大地减少电池质量。锂-空气电池使用氧气来驱动电池中的电化学反应锂硫电池和锂-空气电池都在实验室中得到了深入的研究,但其商业可行性还有待商业可用的原型设计的出现。在硫电极放电时,硫会溶解到电解液中,从而将电池与电路断开。而且在充电时,锂的量也会变少,这将极度影响到电池整体可逆性。为了能将这一技术实用化,我们一定要要获得关键的突破:改善正极架构以便更好地保留活性材料或者开发新的电解质,这样不会将活性材料溶解到其中。而锂-空气电池也面临着类似的困难,这样一些问题都是来自于电解液和空气的反应。另外,在这两项技术中,锂电极的保护还是一个有待解决的问题。钠能拯救世界?上面提到的几种电池中,锂都是电池中的一种关键元素。尽管锂确实是一种很丰富的元素,但是锂的分布非常分散,采取难度较大,所以锂还并未实现全世界的商业开采。所以目前只有在相对丰富的矿产中才能实现商业开采,目前世界上的大部分锂都来自于高浓度的盐湖的卤水,其中大部分都位于南美洲的安第斯山脉。除了相对困难的提取,在美国你到处都能买到6美元一千克的碳酸锂,而因为一辆电动汽车所需要的碳酸锂也不过3千克,所以到目前为止,锂的成本还不是一个大问题。南美的盐湖锂电池上的最大担忧是地理政治学上的问题:每一个国家都在寻求能源独立,从化石燃料过渡到锂电池只是把能源依赖从中东转移到南美洲而已。取代锂的一个可能的解决办法是使用钠,毕竟地球上的钠比锂要丰富2000倍。从电化学的角度来看,钠和锂是可完全相互媲美的,所以钠也是一个很好的候选者。钠离子电池的研究近来也屡见报端,目前来看,一旦钠离子电池实现商业化,性能方面应该能达到和锂离子电池相当的水平。尽管在成本和性能上,钠离子电池并没有什么本质上的提升。但是这却能给各个国家带来更大的自主权,让它们依靠自己的资源生产电池。没有万能的良方不管什么新兴技术,在安全问题上都有和锂离子电池一样的顾虑。电池安全的主要威胁是易燃性溶剂类电解质,但没有它们,电池的电压要达到2V都很困难。事实上,因为水在高于2V的电压下会分解称氢气和氧气,所以3V量级的锂电池和钠电池中使用了昂贵易燃的碳酸酯溶剂来作为电解质。其它的选项包括无溶剂电解质,但却不能提供足够好的导电性能,无法应用在高功率的应用中,所以也没能实现商业化。幸运的是,现有的锂离子电池技术出现意外起火的概率大约为4000万分之一。尽管风险并不能完全避免,但可以通过工程控制和保留式设计可以尽可能保证不出现事故。种子,目前的锂离子电池提供了相当好的性能。新兴的化学电池技术(锂硫电池和锂-空气电池)有彻底改变便携式能量储存的应用潜力,但这些技术都还处于实验室研究阶段,未来到底会如何发展还有待检验。对于电站式的储能应用(比如用于储存风能和太阳能),其它类型的电池(如高温钠硫电池或氧化还原液流电池)则可能因为可持续性和成本效益上原因成为锂离子电池的候选项。

  锂电池上的最大担忧是地缘政治上的问题:每一个国家都在寻求能源独立,从化石燃料过渡到锂电池只是把能源依赖从中东转移到南美洲而已。取代锂的一个可能的解决方法是使用钠,毕竟地球上的钠比锂要丰富2000倍。从电化学的角度来看,钠和锂是完全可以相互媲美的,所以钠也是一个很好的候选者。钠离子电池的研究近来也屡见报端,目前来看,一旦钠离子电池实现商业化,性能方面应该能够达到和锂离子电池相当的水平。尽管在成本和性能上,钠离子电池并没什么本质上的提升。但是这却能给各个国家带来更大的自主权,让它们依靠自己的资源生产电池。没有万能的良方不管什么新兴技术,在安全问题上都有和锂离子电池一样的顾虑。电池安全的主要威胁是易燃性溶剂类电解质,但没有它们,电池的电压要达到2V都很困难。事实上,因为水在高于2V的电压下会分解称氢气和氧气,所以3V量级的锂电池和钠电池中使用了昂贵易燃的碳酸酯溶剂来作为电解质。其它的选项包括无溶剂电解质,但却不能提供足够好的导电性能,无法应用在高功率的应用中,所以也没能实现商业化。幸运的是,现有的锂离子电池技术出现意外起火的概率大约为4000万分之一。尽管风险并不能完全避免,但能够最终靠工程控制和保留式设计可以尽可能保证不出现事故。种子,目前的锂离子电池提供了相当好的性能。新兴的化学电池技术(锂硫电池和锂-空气电池)有彻底改变便携式能量储存的应用潜力,但这些技术都还处于实验室研究阶段,未来到底会怎么样发展还有待检验。对于电站式的储能应用(比如用于储存风能和太阳能),别的类型的电池(如高温钠硫电池或氧化还原液流电池)则可能因为可持续性和成本效益上原因成为锂离子电池的候选项。