可充电电池
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可充电电池是一种可以对负载进行充电、放电和再充电多次的电池,与一次性电池或一次电池相反,一次性电池在完全供应使用后进行充电和丢弃。 它由一个或多个电化学电池组成。 使用术语“蓄能器”是因为它通过可逆电化学反应积累和存储能量。 可充电电池有多种不同的形状和尺寸,从纽扣电池到连接到稳定配电网络的兆瓦系统。 使用了几种不同的电极材料和电解质组合,包括铅酸、锌-空气、镍镉 (NiCd)、镍金属氢化物 (NiMH)...
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可充电电池
可充电电池是一种可以对负载进行充电、放电和再充电多次的电池,与一次性电池或一次电池相反,一次性电池在完全供应使用后进行充电和丢弃。 它由一个或多个电化学电池组成。 使用术语“蓄能器”是因为它通过可逆电化学反应积累和存储能量。 可充电电池有多种不同的形状和尺寸,从纽扣电池到连接到稳定配电网络的兆瓦系统。 使用了几种不同的电极材料和电解质组合,包括铅酸、锌-空气、镍镉 (NiCd)、镍金属氢化物 (NiMH)、锂离子 (Li-ion)、磷酸铁锂 (Li-ion)和锂离子聚合物(Li-ion)。
可充电电池的初始成本通常比一次性电池高,但总拥有成本和环境影响要低得多,因为它们在需要更换之前可以便宜地多次充电。 某些类型的充电电池与一次性电池具有相同的尺寸和电压,并且可以互换使用。
可充电电池应用
使用充电电池的设备包括汽车启动器、便携式消费设备、轻型车辆(如电动轮椅、高尔夫球车、电动自行车和电动叉车)、工具、不间断电源和电池存储电站。 混合动力内燃机和电动汽车的新兴应用正在推动这项技术的发展,以降低成本、重量和尺寸,并延长其使用寿命。
较旧的充电电池自放电相对较快,首次使用前需要充电; 一些较新的低自放电 NiMH 电池可以保持充电数月,并且通常在工厂充电至其额定容量的 70%。
电池储能电站使用可充电电池来平衡负载(在高峰时段储存电力,当电力不易获得时)和可再生能源使用(例如,储存白天光伏阵列产生的电力并在夜间使用)。 负载平衡减少了发电厂必须能够生产的电量,从而降低了资本成本和发电厂调峰的需要。
据和报告显示,分析师预测,2018-2022年全球充电电池市场将以8.32%的复合年增长率增长。
小型可充电电池可为便携式电子设备、电动工具、电器等供电。 重型电池为从踏板车到摩托车和船舶的电动汽车提供动力。 它们用于分布式发电和独立电力系统。
释放
在充电过程中,正极活性材料被氧化并产生电子,而负极材料被还原并消耗电子。 这些电子构成了在外部电路中流动的电流。 电解质可用作离子对之间内部流动的简单缓冲器,如在锂离子和镍镉电池中,或者它可以积极参与电化学反应,如在铅酸电池中。
用于充电电池充电的能量通常来自使用交流电源的电池充电器,尽管有些充电器可以使用车辆的 12 伏直流电源插座。 电源电压必须高于电池电压,以强制电流进入,但不能太高,否则可能会损坏电池。
充电器需要几分钟到几个小时才能给电池充电。 没有电压或温度感应的慢速“哑”充电器充电速度较低,通常需要 14 小时或更长时间才能充满电。 根据型号的不同,快速充电器通常可以在两到五个小时内给电池充满电,最快的充电只需十五分钟。 快速充电器必须有多种方法来检测电池何时充满(端子电压、温度的变化等),以便在发生有害的过度充电或过热之前停止充电。 最快的充电器通常配有冷却风扇,以防止电池过热。 用于快速充电的电池组可以包括充电器使用的温度传感器来保护电池组。 传感器将具有一个或多个附加电触点。
不同的电池化学成分需要不同的充电方案。 例如,某些类型的电池可以通过恒压源安全充电。 其他类型的电池需要使用稳定的电流源充电,当电池达到完全充电的电压时,电流逐渐减小。 电池充电不当可能会损坏电池; 在极端情况下,电池可能会过热、着火或爆炸释放其内容物。
可充电电池替代品
可充电电池只是多种可充电储能系统中的一种。 可充电电池的几种替代品已经存在或正在开发中。 对于便携式收音机等用途,可充电电池可以用可以手动上弦的发条机构代替,驱动发电机,尽管该系统可以用于给电池充电而不是直接操作收音机。 手电筒可以直接由发电机供电。 飞轮储能系统用于交通、不间断供电系统和实验室,将能量存储在旋转转子中,以便在需要时将其转换为电能; 这种系统可用于提供大功率脉冲,否则在公共电网上会很麻烦。
还使用超级电容器(极高值电容器)。 2007年推出了一款电动螺丝刀,充电时间为90秒,可以为使用充电电池的设备供电,拧开大约一半的螺丝,类似的手电筒也已经生产出来。 与超级电容器的概念一致,贝塔伏特电池可用作向二次电池提供电流充电的方法,从而延长所用电池系统的寿命和能量容量。 这种类型的布置通常被业内人士称为“混合 β 伏电源”。
超级电容器正在开发用于交通运输,它使用大型电容器来存储能量,而不是混合动力汽车中使用的可充电电池组。 与电池相比,电容器的一大缺点是端电压快速下降。 剩余初始能量 25% 的电容器将具有初始电压的一半。 相比之下,电池系统的端电压往往直到几乎耗尽时才迅速下降。 这种端子电压降使超级电容器电力电子设备的设计变得复杂。 然而,与可充电系统相比,它在循环效率、寿命和重量方面具有潜在的优势。 2006年,中国开始在两条商业公交线路上使用超级电容器; 其中之一是上海的11号线。
专用液流电池通过更换电解液进行充电。 液流电池可以被认为是可充电燃料电池。
可充电电池研究
对可充电电池的研究包括开发新的电化学系统以及延长寿命和电流型容量。