用了二十多年电池,你真的知道它们姓啥名啥吗?

日期: 2024-05-31 13:06:32|浏览: 68|编号: 70690

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用了二十多年电池,你真的知道它们姓啥名啥吗?

《电池研究院》是一篇专门讨论汽车动力电池技术的科普专栏,有读者在阅读我的文章时表示,一些电池技术基础知识了解不多,网上也不准确。因此,这一次,笔者将从电池分类方法和命名方法入手,简单介绍一下电池领域的一些基本项目(以后会有很多批次)。要点回顾:本文后续会持续更新。

原电池(不可充电)的分类。

原电池(电芯)和非充电电池(非)的意思是一样的,我们平时接触碱性电池最多,但实际上,作用不计其数,比如原子电池,它们强大到可以使用几十年。

让我们挑选一些电池来谈谈。首选,我们通常采用碱性最强的电池,二氧化锰锌配方,能量密度高,一段碱性性能顶级镍氢三装,价格便宜,内阻低,无汞,垃圾分类回收时扔“其他垃圾”上线,不危险垃圾。

此外,南府的“能量环”是绝缘塑料片,与能量密度和能量絮无关。

原子电池始于1913年,与福特的装配线模型同年,并在20世纪五六十年代投入实际使用。

原子能电池,称为(TRG,放射性同位素热电发电机),利用放射性同位素在衰变过程中产生的热量来发电。既然不是连锁反应,所以不会爆炸,但还是有放射性的,所以钢铁侠的身体不会太好。

没关系,外太空有各种辐射,再多一个也没关系。

青蛙电池虽然很残酷,但确实是电池领域的启蒙作品之一,实验的领头人是著名的伽伐尼同志。这家伙的研究成果被抄袭后,一怒之下转向电学研究,最后发现人工电和生物电是一回事,相信“电是储存在青蛙腿里的”。

和 Volta 为青蛙的腿里有没有电而争吵,最终的测试结果倾向于 (实际上,每个电池都相当于一个小电池),不服气的 同志发明了更大的原电池——光伏电池。

汞电池是我们经常使用的一次电池,它们通常以“纽扣电池”的形式制成,非常薄、非常小、容量低、自放电率低且有毒。最近打扫房间的时候,还发现了一台高考用的卡西欧电脑,纽扣电池还在充电,已经十几年了。

以下部分说明了纽扣电池的结构,其中锌或铬阴极为黄色,氧化汞阳极为蓝色。

此外,还有一个主要项目是锂电池,这是21世纪最有前途的电池分类。

二次电池(可充电)的分类。

在汽车领域,二次电池是最重要的话题,毕竟没有人愿意购买一次性汽车动力总成......

在二次电池领域,全球研发机构已经进行了数十亿次测试,在索尼锂离子电池上市之前,已经尝试了1亿种配方。因此,二次电池是一个非常非常复杂的领域,技术路线绝不会超过下表描述的那些,但考虑到科普文章的篇幅不超过8000字,笔者决定下次拆解细分技术路线。

2015年,斯坦福大学和湖南大学的几位教授在《自然》杂志上发表了一篇关于创新铝离子电池的研究报告,声称铝离子电池有可能充电1小时(过度充电)和使用3-4天(高容量)。

显然,这只是一个实验原型(虽然确实很吸引人,反应机理清晰可行),离成品还有一段距离。 5年过去了,没有后续,暂时不去想。

液流电池是一件有趣的事情。其实从技术实现的可能性来看,NANO真的不是PPT汽车/庞氏骗局,我个人认为最大的问题是,一家小公司不可能完成配套基础设施(液流电池液交换站和物流l链)的建设,而在顶端, 它只能制造一些演示,然后将丰田、大众和通用汽车等巨头拉入水中......

液流电池通过液流电池模块中正负极电解质的相互作用来发电,这与氢燃料电池动力系统的原理相似,只是氢气和氧气被电解质取代。

从上世纪50年代开始,汽车中的电气设备数量开始增加,12V取代了6V,12V铅酸蓄电池一直沿用至今,统治了60多年。

铅酸蓄电池的结构非常简单,即稀释后的硫酸在铅阳极和二氧化铅阴极之间分离,单体容量约为60Ah,即能量为0.72kWh。

玻璃电池是固态电池之一,固态电池是锂电池之一。2017年,锂电池领域最大的神约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John )推出了一款使用玻璃电解质和碱金属阳极(由锂、钠或钾组成)的固态电池。古迪纳夫博士早在1976年就开始了他的固体化学研究。

锂离子电池(-Ion)的名称是索尼在上世纪90年代为了方便推广,其实有点笼统,应该用正极/负极/电解质来命名,比如磷酸铁锂电池就是最大的英雄。

锂离子电池需要进一步细分为很多技术路线,这需要几篇10000字的长篇文章,我们稍后会在另一篇文章中单独讨论。

关于大家经常使用的镍氢电池,笔者之前写过一篇长文供参考。目前,镍氢电池的产业链非常成熟,但大型镍氢电池(动力电池)98%以上的产能被丰田松下合资公司垄断。

小型镍氢电池(5号)是我们最常用的,遥控器、夜灯、四轮驱动车、录音机,无数电器都在使用5号镍氢电池(5号有多大,下面会详细解释),超过1000次的循环寿命也使它比电池更经济。

固态电池有很多优点,如能量密度高,可以使用锂金属负极,安全性能更高,薄膜柔韧性好,循环寿命长,可以做成更大的单体电池,并且自放电率很低,但缺点是太贵,电导率太低等。

电池尺寸分类规则

通常我们会遇到很多不同尺寸的电池型号,下表和说明可以帮助我们更好地理解电池尺寸分类。

1.圆柱形电池(锂离子二次电池)。

在汽车领域,圆柱形锂离子充电电池是最常见的角色,2012年由特斯拉Model S首次提出,通过自主研发的7000多节18650圆柱形电池的电子控制,可以驯服得如此乖巧。

锂离子充电电池充满电的电压为4.2V(SOC 100%),标称电压为3.7V,完全放电的电压为3.0V(SOC 0%)。其中,磷酸铁锂电池只能提供3.2V的标称电压。

这里用得比较多的14500圆柱形电池,电压比1.2V/1.5V电压平台的镍氢/碱性5号电池要高得多,钴酸锂的标称电压为3.7V,磷酸铁锂为3.2V。

最有名的是18650,因为当时有成熟的产业链(也就是同类型的笔记本电芯),所以特斯拉可以在很短的时间内制造出高性能的电动汽车。

这种工业化可以比作“设计基于定制装填子弹的枪支”或“基于 GAU-10 复仇者七管加农炮制造 A-8 打击”。

后来,特斯拉采用了21700电池,以减少电池组中的电池总数并简化电子控制。在去年年底的特斯拉电池日上,马斯克宣布了一款巨型46800无极电池,预计该电池的单一容量将朝着更高的方向发展。

未来,圆柱形锂离子充电电池仍将是动力电池领域的中坚力量。

2.圆柱形电池(1.2V/1.5V等)。

除了18650命名形式的分类方法外,圆柱形电池还有一个简短的缩写模型,就是我们平时看到的AA和AAA。

这是一个更流行的分类,更广泛地用于具有 1.2V/1.5V 电压平台的圆柱形电池。

在上述型号中,我们看到 AAA(7 号)电池和 AA(5 号)电池最多。

使用传统的5号镍氢电池组装48kWh的BEV需要多少个单元?

假设单节电芯为/1.2V/27g,那么单节电芯的能量为2.4Wh,需要20000节5号镍氢电池,电芯总重量为540kg,这还不包括任何模块结构件、电控、散热系统。这也是镍氢电池不适合纯电动汽车的原因。

3.棱柱形电池

这里总结的棱柱形电池不是当前动力电池组中的大型棱柱形锂离子电池(3.7V电压),而是采用1.2V/1.5V电压电池组件的棱柱形电池模块。这是当今市场上成熟的系统,每个人都使用过它。

看完表格,你还是不明白作者在说什么,可以看看下图,这是一个9V方向的电池,有6个1.5V圆柱形电池。

除了垂直形式,我们还可以找到水平形式。

您可能想知道为什么表中的一些电池容量为数万mAh,而另一些电池只有几百mAh。

其实分组后,只有以下棱柱形电池,基本上是1.2V/1.5V单电池直接串联,而4.5V碱性电池是大容量的特例,毕竟碱性电池(原电池)的单容量非常高。

而那些容量大的棱柱形电池是串并联、串联升压、并联扩容的方案,最后采用AA(5号)电池组构建容量如上图的6V大型棱柱形电池模块。

4.纽扣电池

纽扣电池是我们日常生活中最常见的电池类型之一,使用最多的是电压为3V的CR系列锂锰电池(锂锰二氧化物)和电压为1.5V的LR/SR系列碱性锰锌电池,此外还有LIR、ML、VL系列的可充电锂电池。

以下模型是根据国际电工委员会 (IEC) 的标准编写的,

关于纽扣电池,我们只说最常用的型号有两种,一种是,另一种是,直径一样,厚度不同,有时候找不到,就再拿1mm的东西,电压是一样的,容量稍微小一点。

另外,纽扣电池的碱性电池型号很多,笔者就不一一写出来了。

电池命名约定

目前,世界上有两大电池规范组织,一个是国际电工委员会(IEC)标准,另一个是美国国家标准协会(ANSI),本文只讨论IEC标准。

IEC 于 1906 年在法国成立,旨在为各种电气产品制定标准。IEC下设多个分支机构,其中1933年成立的TC21部门负责二次电池标准,1948年成立的TC35部门负责一次电池标准。

目前的电池命名法(电池命名系统)于 1992 年推出。

1. 电化学系统的命名

第一个字母标识控制电池性能的主要组件,也相当于标称电压。

其中,M和N因电池中所含汞不环保而被撤回。

2.命名电池的外部尺寸

形状的命名要简单得多。

比如LR44纽扣电池,我们可以知道L代表碱性配方,R代表圆柱形配置,但是它特别扁平,变成了一个纽扣电池。

还有一些电池专用名称已经使用了很长时间,比如R6电池其实是AA(5号)电池,直径14.5mm,高度50.5mm。

另外,圆柱形电池的直径和高度不一定是整数,命名不能以四舍五入的规则为依据,而是根据下表中的最大尺寸

根据尺寸校准,有一些细节在命名中不常用,本节稍后将更新这些细节,并提供更详细的信息。

3.一个问题:石墨烯电池存在吗?

事实上,“石墨烯电池”的概念本身是不正确的。

电池以有助于其性能的最重要材料命名,例如下表中的电池名称及其金属含量

另外,由于目前的正极材料是决定电池性能的主要因素,所以大多数电池都是以阴极命名的,而石墨烯电池的反应机理基本都是PPT状态,吹出充电可以运行8分钟,成本降低80%的消息,一笑置之。

结论

本文中的表格信息将不断更新,笔者将用一篇长文对一些主流技术路线的细分路线进行详细描述。

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