不同类型的电池
目录
介绍 |
一、电池历史 |
二、工作原理 |
三、工艺参数 3.1电动势 3.2额定容量 3.3额定电压 3.4开路电压 3.5内阻 3.6阻抗 3.7充放电率 3.8使用寿命 3.9自放电率 |
四、电池类型 4.1电池尺寸列表 4.2电池标准 4.3普通电池 |
五、术语 5.1国家标准 5.2电池常识 5.3电池选择 5.4电池回收 |
一、电池历史
1746年，荷兰莱顿大学的梅森·布洛克发明了收集电荷的“莱顿罐”。他看到很难收集但很容易在空气中消失的电，他想找到一种省电的方法。有一天，他拿着一个桶悬在空中，与一个马达和一个桶相连，从桶里取出一根铜线，浸在装满水的玻璃瓶中。他的助手手里拿着玻璃瓶，梅森·布洛克则从侧面摇动马达。这时他的助手不小心碰到了枪管，突然感到一阵强烈的电击，大声喊道。梅森·布洛克随后与助手交流，让助手摇动马达，同时，他一只手拿着水瓶，另一只手碰了碰枪。电池还处于胚胎阶段，那就是莱登·贾尔。
1780年，意大利解剖学家路易吉·加里尼在做青蛙解剖时，双手拿着不同的金属器械，不小心同时碰到了青蛙的大腿。青蛙腿上的肌肉立刻抽搐起来，好像被电击了似的。如果只使用金属仪器触摸青蛙，就不会有这种反应。格里尼认为，这种现象的发生是因为动物体内产生了一种电，他称之为“生物电”
电偶的发现引起了物理学家们的极大兴趣，他们竞相重复青蛙实验，试图找到发电的方法。意大利物理学家沃尔特经过几次实验后说：“生物电”的概念是不正确的。青蛙的肌肉之所以能发电，可能是因为肌肉中的某种液体在起作用。为了证明他的观点，伏特将两块不同的金属片浸入不同的溶液中进行测试。
1799年，伏特将一块锌板和一块锡板浸入盐水中，发现有电流流过连接这两种金属的导线。因此，他在锌片和银片之间放了许多绒毛布或浸过盐水的纸片。当用手触摸两端时，他感到强烈的电流刺激。结果发现，只要两块金属板中的一块与溶液发生化学反应，这些金属板之间就会产生电流。
就这样，伏特成功地制造了世界上第一个电池“伏特堆栈”，它实际上是一个串联的电池组。它成为早期电气实验和电报机的动力源。
1836年，英国的丹尼尔改进了“伏特堆”。他用稀硫酸作为电解液来解决电池的极化问题，并生产出了第一个不极化、能保持电流平衡的锌铜电池。但是这些电池有一个问题，电压会随着时间的推移而降低。
当电池使用一段时间后电压下降时，可以给它一个反向电流，使电池电压升高。因为这种电池可以充电，可以重复使用。
1860年，法国人GeorgeLeclanche也发明了世界上广泛使用的电池（碳锌电池）的前身。其中电极为负极的伏特和锌的混合电极，其中负极与锌电极混合而成，在混合物中插入一根碳棒作为电流收集器。两个电极都浸在氯化铵溶液中（作为电解溶液）。这就是所谓的“湿电池”。这种电池既简单又便宜，所以直到1880年才被“干电池”取代。负极被修饰成锌罐（电池外壳），电解液变成糊状而不是液体，这基本上就是我们今天使用的碳锌电池。
1887年，英国人赫尔森发明了最早的干电池。干电池电解液呈糊状，不渗漏，携带方便，因而得到了广泛的应用。
1890年，托马斯·爱迪生发明了一种可充电的铁镍电池。
二、工作原理
在化学电池中，化学能转化为电能是电池内部氧化还原等自发化学反应的结果，这种反应是在两个电极上进行的。负电极活性材料由锌、镉或铅等活性金属和氢或碳氢化合物组成。正极活性材料由二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物、氧气或空气、卤素及其盐类、含氧酸及其盐等组成。电解质是具有良好离子导电性的材料，例如酸、碱、盐、有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质的水溶液。
当外部电路断开时，两极之间存在电位差（开路电压），但没有电流，蓄电池中储存的化学能不能转化为电能。当外部电路闭合时，由于电解液中没有自由电子，在两个电极之间的电位差的作用下，电流流过外部电路，同时在蓄电池内部流动，电荷转移伴随着双极活性物质与电解液界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的迁移。电解液中电荷的转移是通过离子的迁移来完成的。
电池内部正常的电荷转移和传质过程是保证电能正常输出的重要环节。充电时，内部能量传递和传质过程的方向与放电正好相反，电极反应必须是可逆的，以保证正常的传质和传质过程在相反的方向进行。因此，可逆电极反应是构成电池的必要条件。事实上，当电极通过平衡电位时，电极会动态地偏离。这种现象称为极化。电流密度越大（通过单位电极面积的电流），极化越多，极化是造成电池能量损失的重要原因之一。
两极分化的原因：注
①由电池各部分电阻引起的极化称为欧姆极化。
②由于电极-电解液界面层电荷转移过程受阻而产生的极化称为激活极化。
③ 电极-电解液界面层中缓慢的传质过程引起的极化称为浓差极化。减小这种极化的方法是增大电极反应面积，降低电流密度，提高反应温度，提高电极表面的催化活性。
三、工艺参数
3.1电动势
电动势是两个电极的平衡电极电位之差。以铅酸蓄电池为例，E=Ф+0-Ф-0+RT/F*In（αH2SO4/αH2O）。
E:电动势
Ф+0：正极标准电极电位，为1.690 V。
Ф-0：负极标准电极电位，为1.690 V。
R：一般气体常数，为8.314。
T：环境温度。
F：法拉第常数，其值为96485。
αH2SO4：硫酸活性，与硫酸浓度有关。
αH2O：水活性，与硫酸浓度有关。
由上式可知，铅酸蓄电池的标准电动势为1.690-（-0.356）=2.046V，因此蓄电池的标称电压为2V。铅酸蓄电池的电动势与温度和硫酸浓度有关。
3.2额定容量
在设计规定的条件下（如温度、放电率、终端电压等），电池应能放电的最小容量（单位：安培/小时）用符号C表示。容量受放电率的影响很大，因此，放电率通常由字母C右下角的阿拉伯数字表示，例如C20=50，表示20倍速率下每小时50安培的容量。电池的理论容量可根据电池反应公式中电极活性材料的量和根据法拉第定律计算的活性材料的电化学当量准确确定。由于蓄电池中可能发生的副反应以及设计的特殊需要，蓄电池的实际容量通常低于理论容量。
3.3额定电压
电池在室温下的典型工作电压，也称为标称电压。可供选择不同类型电池时参考。电池的实际工作电压等于正负极在不同使用条件下的平衡电极电位之差。它只与电极活性物质的类型有关，而与活性物质的含量无关。电池电压本质上是直流电压，但在某些特殊条件下，电极反应引起的金属晶体或某些相形成膜的相变会引起电压的轻微波动。这种现象称为噪声。这种波动的幅度很小，但频率范围很宽，可以与电路中的自激噪声区别开来。
3.4开路电压
蓄电池在开路状态下的端子电压称为开路电压。蓄电池的开路电压等于蓄电池开路时正极电势和负极电势之间的差值（没有电流流过两极）。蓄电池的开路电压用V表示，即V on=Ф+-Ф-，其中Ф+，Ф-分别为蓄电池的正极和负极电位。蓄电池的开路电压通常小于其电动势。这是因为电池两极在电解质溶液中形成的电极电位通常不是平衡电极电位，而是稳定的电极电位。通常，蓄电池的开路电压近似等于蓄电池的电动势。
3.5内阻
蓄电池内阻是指电流通过蓄电池内部时所受的电阻。它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。由于内阻的存在，电池的工作电压总是小于电池的电动势或开路电压。
由于活性物质的组成、电解液的浓度和温度都在不断变化，因此蓄电池的内阻不是恒定的，在充放电过程中会随着时间的推移而变化。欧姆内阻遵循欧姆定律，极化内阻随电流密度的增加而增大，但不是线性的。
内阻是决定电池性能的重要指标。它直接影响电池的工作电压、工作电流、输出能量和功率。对于电池来说，内阻越小越好。
3.6阻抗
该电池具有较大的电极-电解液界面面积，可以等效为一个简单的大电容、小电阻、小电感的串联电路。然而，实际情况要复杂得多，尤其是电池的阻抗随时间和直流电平的变化而变化，所测得的阻抗仅对某一测量状态有效。
3.7充放电率
它有两种表达方式：时间速率和放大倍数。时间速率是由充电和放电时间指示的充电和放电速率，数值等于电池的额定容量（A·h）除以预定的充放电电流（A）得到的小时数。放大率是时间比率的倒数。原电池的放电速率是指一定的固定电阻放电到终端电压的时间，放电速率对电池性能有很大的影响。
3.8使用寿命
存储寿命是指从电池制造到使用之间允许存储的最长时间。包括储存期和使用期在内的总期限称为电池的有效期。蓄电池的寿命分为干贮存寿命和湿贮存寿命。循环寿命是指电池在规定条件下所能达到的最大充放电循环次数。充放电循环试验系统必须规定在规定的循环寿命内，包括充放电速率、放电深度和环境温度范围。
3.9自放电率
电池在储存期间失去容量的速率。单位储存时间内自放电损失的容量表示为储存前电池容量的百分比。
四、电池类型
4.1电池尺寸列表
电池分为一次性电池和可充电电池。一次性电池在不同的国家和地区有不同的技术资源和标准。因此，在国际组织制定标准型号之前，已经有很多型号生产出来，这些电池型号大多由厂家或国家有关部门命名，形成了不同的命名体系。根据电池的尺寸，我国的碱性电池型号可分为1号、2号、5号、7号、8号、9号和NV；相应的美国碱性模型有D、C、AA、AAA、N、AAAA、PP3等。在中国，一些电池将使用美国的命名方法。根据IEC标准，完整的电池型号说明应为：化学、形状、尺寸、排列整齐。
1） AAAA型号比较少见，标准AAAA（平头）电池的高度为41.5±0.5 mm，直径为8.1±0.2 mm。
2） AAA型电池更为常见。标准AAA（平头）电池的高度为43.6±0.5mm，直径为10.1±0.2mm。
3） AA型电池是众所周知的。数码相机和电动玩具都使用AA电池。标准AA（平头）电池的高度为48.0±0.5mm，直径为14.1±0.2mm。
4） 模特儿很少见。此系列通常用作电池组中的电池芯。旧相机的镍镉电池和镍氢电池几乎都是4/5A或4/5SC电池。标准A（平头）电池的高度为49.0±0.5 mm，直径为16.8±0.2 mm。
5） SC模型也不常见。它通常是电池组内的电池芯。它可以在电动工具和相机以及进口设备上看到。标准SC（平头）电池的高度为42.0±0.5mm，直径为22.1±0.2mm。
6） C型相当于中国2号电池。标准C（平头）电池的高度为49.5±0.5 mm，直径为25.3±0.2 mm。
7） D型相当于中国的1号电池。广泛应用于民用、军用、特种直流电源。标准D（平头）电池的高度为59.0±0.5mm，直径为32.3±0.2mm。
8） N模型并不常见。标准N（平头）电池的高度为28.5±0.5 mm，直径为11.7±0.2 mm。
9） 电动轻便摩托车使用的F电池和新一代动力电池有取代铅酸免维护电池的趋势，铅酸蓄电池通常用作电池电池。标准F（平头）电池的高度为89.0±0.5 mm，直径为32.3±0.2 mm。
4.2电池标准
A、 中国标准电池
以电池6-QAW-54a为例
- 6表示由6个单电池组成，每个电池电压为2V，即额定电压为12V。
- Q表示蓄电池的用途，Q为汽车起动用蓄电池，M为摩托车用蓄电池，JC为船用蓄电池，HK为航空用蓄电池，D为电动车用蓄电池，F为阀控蓄电池。
- A和W表示电池类型：A表示干式电池，W表示免维护电池。如果标记不清楚，则为正常类型的电池。
- 54表示电池的额定容量为54Ah（充满电的电池，在常温下以20小时放电电流的速率放电，电池输出20小时）。
- 角标记a表示对原产品的第一次改进，角标记b表示第二次改进，依此类推。
注：
1） 型号后加D表示低温启动性能良好，如6-QA-110D
2） 在模型之后，添加HD表示高抗振型。
3） 在模型之后，添加DF表示低温反向加载，如6-QA-165DF
B、 日本JIS标准电池
1979年，日本标准电池型号由日本N公司代表。后一个数字是电池室的尺寸，用电池的近似额定容量表示，如NS40ZL：
- N表示日本JIS标准。
- S表示小型化，即实际容量小于40Ah，即36Ah。
- Z表示在相同尺寸下具有更好的启动放电性能。
- L表示正极在左端，R表示正极在右端，如NS70R（注：从远离电池极堆的方向）
- S表示极桩端子比同容量电池（如NS60SL）厚。（注：一般情况下，电池正负极直径不同，以免混淆电池极性。）
到1982年，日本标准电池型号按新标准执行，如38B20L（相当于NS40ZL）：
- 38代表电池的性能参数。数字越大，电池能储存的能量就越多。
- B代表电池的宽度和高度代码。电池的宽度和高度的组合由八个字母（A到H）中的一个表示，字符越接近H，电池的宽度和高度值就越大。
- 20表示电池的长度约为20厘米。
- L表示正极端子的位置，从蓄电池极看，正极端子在标有R的右端，正极端子在标有L的左端。
C、 德国DIN标准电池
以电池544 34为例：
- 第一个数字5表示电池的额定容量低于100Ah；前6个表示电池容量在100Ah和200Ah之间；前7表示电池的额定容量在200Ah以上。根据它，54434电池的额定容量是44 Ah；610 17MF电池额定容量为110Ah；700 27电池额定容量为200 Ah。
- 容量后面的两个数字表示电池大小组号。
- MF代表免维护型。
D、 美国BCI标准电池
以电池58430（12V 430A 80min）为例：
- 58表示电池大小组号。
- 430表示冷启动电流为430A。
- 80min表示电池储备容量为80min。
- 美国标准电池也可以表示为：78-600，78表示电池尺寸组号，600表示冷启动电流为600A。
① 在这种情况下，发动机的最重要的技术参数是发动机起动时的电流和温度，如发动机的最低起动温度和发动机的起动温度有关，起动和点火的最低工作电压。当12V蓄电池充满电后30秒内，端子电压降至7.2V时，蓄电池所能提供的最小电流。冷起动额定值给出总电流值。
② 储备容量（RC）：当充电系统不工作时，通过在夜间点燃电池并提供最小电路负载，汽车可以运行的大约时间，具体地说是：在25±2°C的条件下，充满电的12V电池，当恒流25a放电时，电池端电压放电时间降至10.5±0.05V。
4.3普通电池
1） 干电池
干电池也称为锰锌电池。所谓干电池是相对于伏打电池而言的，而锰锌是指其原材料比其他材料如氧化银电池、镍镉电池。锰锌电池的电压为1.5V。干电池消耗化学原料来发电。其电压不高，能产生的连续电流不能超过1A。
2） 铅酸蓄电池
蓄电池是应用最广泛的电池之一。用玻璃罐或塑料罐，灌满硫酸，然后插入两块铅板，一块接充电器的正极，另一块连接充电器的负极，经过十几个小时的充电，就形成了蓄电池。它的正负极之间有2伏的电压。它的优点是可以重复使用。另外，由于其内阻小，可以提供大电流。当它被用来为汽车发动机提供动力时，瞬时电流可达20安培。当电池充电时，电能被储存起来，当它被放电时，化学能转化为电能。
3） 锂电池
以锂为负极的电池。它是20世纪60年代以后发展起来的一种新型高能电池。
锂电池的优点是单体电池电压高、比能量大、储存寿命长（可达10年）、温度性能好（可在-40～150℃下使用）。缺点是价格昂贵，安全性差。此外，其电压滞后和安全问题有待改进。动力电池和新型正极材料的发展，特别是磷酸铁锂材料的发展，为锂电池的发展做出了巨大贡献。
五、术语
5.1国家标准
IEC（国际电工委员会）标准，是一个由国家电工委员会组成的世界性标准化组织，旨在促进电气和电子领域的标准化。
镍镉电池国家标准GB/T11013 U 1996GB/T18289 U 2000。
镍氢电池国家标准为GB/T15100 GB/T18288 U 2000。
锂电池国家标准为GB/T10077ߎ1998YD/T998; 1999，GB/T18287 U 2000。
此外，通用电池标准还有JIS C标准和三洋松下公司制定的电池标准。
一般的电池行业都是基于三洋或松下的标准。
5.2电池常识
1） 正常充电
不同的电池有各自的特点。用户必须按照制造商的说明给电池充电，因为正确合理的充电有利于延长电池寿命。
2） 快速充电
一些自动智能快速充电器只在指示灯信号改变时指示灯已满90%。充电器将自动切换到慢速充电，使电池充满电。用户最好在使用前将电池充满电，否则会缩短使用时间。
3） 影响
如果电池是镍镉电池，长时间没有完全充电或放电，会在电池上留下痕迹，降低电池容量。这种现象称为电池记忆效应。
4） 擦除内存
将电池放电后再完全充满，以消除电池记忆效应，另外，按照说明书中的说明控制时间，重复充放电两次或三次。
5） 蓄电池储能
锂电池可存放在环境温度为-5°C至35°C、相对湿度不超过75%的干净、干燥、通风的室内。避免接触腐蚀性物质，远离火源和热源。电池电量保持在额定容量的30%至50%，蓄电池最好每6个月充电一次。
注：充电时间计算
1） 当充电电流小于或等于蓄电池容量的5%时：
充电时间（小时）=电池容量（毫安时）×1.6÷充电电流（毫安）
2） 当充电电流大于电池容量的5%，且小于或等于10%时：
充电时间（小时）=电池容量（毫安时）×1.5%÷充电电流（毫安）
3） 当充电电流大于电池容量的10%且小于或等于15%时：
充电时间（小时）=电池容量（毫安时）×1.3÷充电电流（毫安）
4） 当充电电流大于电池容量的15%且小于或等于20%时：
充电时间（小时）=电池容量（毫安时）×1.2÷充电电流（毫安）
5） 当充电电流超过电池容量的20%时：
充电时间（小时）=电池容量（毫安时）×1.1÷充电电流（毫安）
5.3电池选择
- 购买品牌电池产品，因为这些产品的质量是有保证的。
- 根据电器的要求，选择合适的电池类型和尺寸。
- 注意检查电池的生产日期和过期时间。
- 注意检查电池外观，选择包装精美、外观整洁、干净、无泄漏的电池。
- 购买碱性锌锰电池时，请注意碱性或LR的标记。
- 由于电池中的汞对环境有害，为了保护环境，电池上写着“无汞”、“0%汞”之类的字样应该引起注意。
5.4电池回收
世界上常用的处理废电池的方法有三种：固化掩埋、储存在废矿山中、回收利用。
- 固化后埋在废矿里
例如，法国的一家工厂提取镍和镉，然后将镍用于炼钢，镉被重新用于电池生产。其余的废电池一般都运到专门的有毒有害垃圾填埋场，但这种方法成本高，造成土地浪费，另外，还有很多有用的材料可以作为原料。
2. 再利用
（1） 热处理
（2） 湿法加工
（3） 真空热处理
关于电池类型的常见问题解答
1.世界上有多少种电池？
电池基本上分为两类：不可充电电池（原电池）可充电电池（二次电池）。
2.什么类型的电池不能充电？
干电池是一种不能再充电的电池，也被称为主电池。可充电电池也被称为二次电池，可以充电有限的次数。原电池或干电池是设计为使用一次，然后丢弃的电池。
3. 为什么电池叫AA和AAA？
但最显著的区别在于尺寸，因为电池因其尺寸和尺寸而被称为AA和AAA。。。它只是给定尺寸和额定电压的电池的标识符。AAA电池比AA电池体积小。
4. 哪种电池最适合手机？
锂聚合物电池
锂聚合物电池具有良好的放电特性。它们效率高，功能性强，自放电水平低。这意味着电池在不使用时不会放电太多。另请阅读：2020年扎根Android智能手机的8大好处！
5. 最流行的电池尺寸是多少？
常见电池尺寸
AA电池。也被称为“双A”，AA电池是目前最受欢迎的电池尺寸。。。
AAA电池。AAA电池也被称为“AAA”，是第二种最受欢迎的电池。。。
AAAA电池
C电池
D电池
9V电池
CR123A电池
23A电池
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