專業定制醫療鋰電池
18年專注鋰電池定制
機器人電池定制
低溫鋰電池

電池是怎么誕生的

鉅大LARGE  |  點擊量:119次  |  2020年10月04日  

摘要
電池的發明要追溯到1780年,意大利解剖學家伽伐尼在解剖青蛙時發現,青蛙雖然已死,但當兩個金屬片觸碰青蛙腿時,青蛙腿會抽搐,感覺像有電流流過。電流哪里來的呢?伽伐尼認為,產生于青蛙身體里的電流,應該是

電池的發明要追溯到1780年,意大利解剖學家伽伐尼在解剖青蛙時發現,青蛙雖然已死,但當兩個金屬片觸碰青蛙腿時,青蛙腿會抽搐,感覺像有電流流過。


電流哪里來的呢?伽伐尼認為,出現于青蛙身體里的電流,應該是生物電。


這個說法后來被人們否定了。1799年意大利物理學家伏特重新研究了這個問題。他認為這個電流并不是來源于青蛙,而是兩種不同的金屬,這兩種金屬會出現電流。


后來,伏特發明了伏特電堆,他用兩種不同的金屬,銀和鋅的板子,進行一層一層的疊放,中間用浸有鹽水的布隔開。當手觸碰電堆兩端的時候,感覺手有被電擊的感覺。這就是電池最初的原型。


再后來,1836年,英國人丹尼爾,發明了更接近于現代的電池,就是現在所謂的銅鋅電池。丹尼爾在水槽里加了一些硫酸,里面插鋅板和銅板。這時候,假如在外面接一個電路,比如燈泡,電流就會通過燈泡,燈泡就亮了。


那么為何會出現這種效果呢?


金屬鋅,化學性質特別活潑,在硫酸溶液里很容易失去電子,鋅這一極的金屬鋅失去兩個電子變成鋅離子,鋅離子釋放到溶液里,電子會通過外電路跑到另外一極,溶液中的硫酸中有氫離子。


在銅的一極會發生什么化學反應呢?


兩個氫離子再加上兩個電子,變成氫氣飛出。因為這種化學反應,就造成電子不停的流過外電路,就行成了電流。這就是丹尼爾電池,或者銅鋅原電池。


以下為銅鋅電池工作原理示意,用氯化鉀做鹽橋,代替硫酸。


后來人們感覺用硫酸不方便,就用一種黏稠狀的電解液代替硫酸?,F在我們用的干電池,也是用的一種漿糊狀的物質,來替代電解液。


為何用兩種不同的金屬就可以出現電流呢?


這在化學上叫做金屬的電極電位不相同。人們后來就不斷的去嘗試,用什么金屬會更好一些。通過摸索,人們就逐漸愛上了金屬鋰。


鋰在元素周期表里是3號元素,它的質量非常輕,鋰的質量是6個原子單位,它能釋放一個電荷。比較一下,鋅的質量是65個原子單位,能放出兩個電荷,釋放同樣多的電荷,鋰要輕得多。鋰的能量密度大,同樣質量的電池,它可以釋放更多的能量。能量密度大是鋰離子電池最重要的優勢。


我們現在所熟知的鋰離子電池,其實早在100年前,愛迪生就發明出來了。因為鋰的化學性質非?;顫?,所以它很容易跟其它物質發生反應,因為這個原因,鋰離子電池發明出來后就被雪藏。一直擱置了100多年,直到1991年的時候,索尼公司推出了18650電池。玩航模的朋友可能了解18650電池,就是那種和5號電池類似的電池。18650鋰離子電池結構比較簡單,性質比較穩定,造價又比較便宜,所以用在很多地方,比如充電寶、筆記本電腦用的大部分是18650電池。從那個時候開始,人們又開始重新研究鋰離子電池了。


鋰離子電池的基本原理是什么呢?


鋰離子電池是一種可充電的電池。鋰離子電池由四個部分構成,第一部分是正極,第二部分是負極,第三部分是中間的隔膜,這個隔膜的用途是為了防止電子穿過,第四部分是正負極之間的電解液,電解液是一種漿糊狀的物質。


那么這四個部分為何就可以供電呢?


首先我們說一下充電過程,充電的時候,要把正負極用外電路聯結起來,這時候就可以充電了。在電池的用途下,正極的鋰原子會分解成一個電子和鋰離子,電子順著外電路跑到負極,鋰離子在電解液中透過隔膜,也跑到負極,在負極,電子和鋰離子又相會了,進而變回鋰原子。其實在充電的過程中,就是正極的鋰原子跑到了負極,鋰原子在正極變成離子和電子的過程,我們稱之為脫嵌,在負極鋰離子變成鋰原子的過程叫插入。


接下來,我們說一下放電過程,充好了電的電池,為何可以放電呢?


充好電的電池,在負極聚集了很多鋰原子,這時我們接一個外電路,在沒有外界電源刺激的時候,鋰原子在負極是待不住的,它會分解成電子和鋰離子,電子順著外電路跑回正極,鋰離子從電解液中跑到正極,它們兩個再匯合,又變成了鋰原子。放電的過程就是鋰原子從負極往正極跑的過程。鋰原子在負極的電離,我們稱之為脫插,在負極又變為鋰原子,叫嵌入。


充放電的過程就是鋰原子在正負兩極來回擺動的過程,所以鋰離子電池我們也稱之為搖擺電池。理論上講鋰原子在來回搖擺的過程是不會損耗的,但實際上鋰原子會和電解液反應出現損耗。


目前,人們對鋰離子電池的研究重要集中在正負極的材料上,我們了解不能用純鋰,得用一些東西去裝載鋰原子,那么用什么材料呢?


現在人們基本統一了看法,負極用石墨,石墨是分層結構,在層間可以存放很多鋰原子,正極材料假如用磷酸鐵,這種電池就是磷酸鐵鋰離子電池,正極還有一種材料,叫三元材料,現在也比較主流,三元材料分別是鎳、鈷、錳(或鋁),鎳可以提升電池的能量密度,鎳越多,電池的能量密度越高。鈷的用途是讓電池穩定,錳或鋁是作為支撐材料,降低電池的成本,把這三種材料按一定比例混合就變為三元材料。那么磷酸鐵鋰和三元電池各有什么特點呢?


我們看到三元電池的能量密度大約是磷酸鐵鋰離子電池的2倍,在空間布置有限的乘用車,三元電池優勢明顯。磷酸鐵鋰離子電池的低溫性能較差,這也就是為何有些磷酸鐵鋰離子電池的手機,在較冷的室外,電量瞬間就變為零,而三元電池有較好的低溫性能,在零下20度的溫度,仍可以保持85%以上的電能輸出。


但是,凡事沒有盡善盡美,三元電池的安全性沒有磷酸鐵鋰高。磷酸鐵鋰的自燃溫度為800攝氏度,三元材料在200攝氏度的時候就開始融化、自燃、爆炸。此外,磷酸鐵鋰在受到沖擊或者穿刺的時候,也不容易爆炸,相反,三元材料電池較容易爆炸。所以磷酸鐵鋰離子電池的安全性更好一些。


綜上所述,我們到底用哪種電池更好呢?這個沒有定論,比如大客車,對安全性要求較高,同時又有較富裕的空間可布置電池,就可以選用磷酸鐵鋰離子電池。出于安全考慮,我國電動公交車不允許使用三元材料。但關于空間要求比較高的乘用車,使用三元材料的就比較多,同時在安全性要做更多的保障。


點擊閱讀更多 v
立即咨詢
鉅大精選

鉅大核心技術能力

爽爽爽爽爽成年网站在线观看_小草在线观看播放_暖暖在线观看免费