电池是如何发展过来的?它的分类有什么?

2021-03-11      1131 次浏览

电池发展历史及分类


开场前,大众汽车学院讲师陈庆贵让在场观众做了一个原电池发电小实验,利用镁片和碳片在电解液中的反应,形成外部电流点亮小灯泡,这一趣味实验让大家对原电池的发电原理有了初步的直观认识。


随后,他详细介绍了汽车动力锂电池的发展历史、不同种类电池、不同外形电芯各自的优缺点以及大众PHEV(插混汽车)和BEV(纯电动汽车)所使用的电池特点。


1799年,伏特完成了世界首次电池实验,并制成了世界上第一个电池伏特电堆。在那以后,碱性电池、镍镉电池、铅酸电池、镍氢电池、锂金属电池依次被研发出来。


诸多种类的电池大体上被分成化学电池、物理电池、生物电池三类。


其中,化学电池最常用,分为一次电池、二次电池、燃料动力电池。仅能使用一次,不能充电的电池被叫做一次电池,而汽车中使用的是二次电池,可多次充放电。


依据正极材料的不同,二次电池又分为:镍铬电池(NiCd),镍氢电池(NiMH),铅酸电池(Lead-acidbattery),锂离子电池(LithiumionBattery)。


陈庆贵对这四种电池分别做了讲解:


1、镍镉电池


镍镉电池是一种非常理想的直流供电电池,可实现重复500次以上的充放电,经济耐用。其内阻小,可快速充电,又可为负载供应大电流,并且放电时电压变化很小。


它最大的缺点是有记忆效应,假如上一次用了80%电量,还剩20%电量时就充电,那么充满后下次使用也只能放出80%电量。


2、铅酸电池


铅酸电池是一种经典的车载蓄电池,目前仍在广泛使用。它以Pb为电池负极、PbO2为电池正极,电解液采用30%的H2SO4溶液。


放电时,电池正极得到电子,负极失去电子;充电时,电池正极失去电子,负极得到电子。其反应方程式为:


车载铅酸电池电压通常为12V,由6块2V的铅酸极板串联组成。传统的铅酸电池为湿蓄电池,使用过程中会有水分蒸发导致电解液浓度变化,要定期加水和电解液来维护。


后来出现了增强型富液式蓄电池(EFB)与玻璃纤维蓄电池(AGM),解决了铅酸电池水分蒸发的问题,不再要加液维护。


3、镍氢电池


镍氢电池比镍镉电池具有更高的能量密度,它以Ni(OH)2为正极材料,以金属氢化物为负极材料(即储氢合金或储氢电极),电解液采用6mol/L的氢氧化钾溶液。其反应方程式为:


镍氢电池电池的优势还在于不含有毒金属,并且没有记忆效应,其电解液以固体形式存在,电池更加安全。


4、锂离子电池


锂离子电池是新一代电池,也是目前最常见的电池,广泛应用于充电宝、手机、电动汽车中。


它以碳材料(石墨、软碳、硬碳等)作为负极材料,以锂的金属化合物作为正极材料,电解液采用锂盐溶剂。


锂离子电池依据正极材料的不同,分为钴酸锂LCO、镍酸锂LNO、锰酸锂LMO、磷酸锂铁LFP、镍钴铝酸锂NCA、镍钴锰酸锂NCM等,依据三种元素的配比,又分为NCM611、NCM811等型号。


充电时,电池接入外部电源,电源正极加在阴极上,电源负极加在阳极上,锂离子Li+从正极脱出,在负极中嵌入,负极处于富锂状态,储存电势能。


放电时,电池接入外部负载,锂离子Li+从负极脱出,在正极中嵌入,释放充电时储存的电势能。由于这一工作原理,锂离子电池又被形象地称作摇椅式电池。


锂离子电池仅含有少量水分,且无记忆效应,能量密度超过镍镉电池的两倍。


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