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电池化学

当你去超市买电池,你可能在两个方面:可充电与不可充电的。而对你的电子设备,这显然是重要决定的基本化学设备的总功率处理能力和生命周期。化学需要选择为设备提供所需的权力和时间,这是一个更复杂的比选择充电与不可充电的电池。

在本文中,我们将看看一些之间的权衡各种化学电池和预期的电压、功率和放电处理功能可在这些系统。对于消费电子行业的小型设备,它可以很简单,比如选择充电与不可充电的电池化学反应。但对于能量储存或电动汽车,电池化学和材料的选择设置对性能和安全至关重要。

电池化学和性能

如果你在大学或化学课上看过一个视频电池化学反应,那么你可能知道一些关于电池是如何运作的。一般来说,电池的阳极和阴极侧两端上启用一个电化学反应,产生电荷,可以电池终端之间的转移。可以找到一个简单的概念上的电荷转移的例子所示。

电池化学

金属和分离器材料促进电荷转移的电化学反应,产生阳极和阴极之间的电压。

在电池操作,需要匹配特定性能的电池化学与特定系统的需求和系统设计。例如,小型移动设备为消费者看到市场需求增加的趋势。相比之下,在电动汽车、放电率高功率输出时可以优先考虑是必要的。

此外,高放电率可能会导致系统显著升温,所以电池系统的建设需要能够承受热代没有抓着火了。这听起来极端,但在2021年,美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)展开调查车辆火灾与过热的电池在电动车辆。化学和制度建设需要匹配,确保性能和安全。

电池化学反应

下表列出了在中小学常用化学电池。这些化学电池已经商业化,广泛用于购买。

主细胞

	碱性	生活₂	LiMnO₂	Ag)₂O
电压	~ 1.5 V	1.8 V	3.3 V	~ 1.5 V
放电	低	非常高的	非常低的	非常低的
泄漏	非常低的	低	温和的	低
电荷密度	不同	高	高	温和的
成本	低	最高	温和的	高

二次电池

	Pb-Acid	镍锰	锂离子	李白
电压	2.1 V	1.2 V	3.7 V	3.7 V
放电	非常高的	非常高的	非常高的	超高
泄漏	高	非常高的	低	低
电荷密度	低	温和的	高	高
成本	低	温和的	温和的	高

选择一个化学需要平衡成本、电荷密度、放电率、和成本。电压有时不那么重要,因为电池可以堆叠,和电压可以调节到所需的值。基于这些因素,很容易理解为什么锂离子和脂肪(锂聚合物)的电池主导当充电设备是必需的。

特别是,终端设备需要充电时,锂离子相比是最好的选择的镍氢电池(镍氢)由于其泄漏和较高的电荷密度要低得多。当需要很高的放电时,脂肪为可充电设备无疑是最好的选择,虽然是高成本的权衡。

最后,我们应该注意Pb-acid电池的使用。尽管有人可能会认为这些电池的使用后被废弃的RoHS运动,这些电池占大约70%的电池用于可再生能源存储,仍然存在每年超过1亿的电池卖。考虑高放电率和低成本,他们是一个可接受的电池系统对某些应用程序。

在嵌入式设备功率降低

在现代电子密度增加功能是推动电池尺寸和能力的限制。最大的组件是在今天的智能手机屏幕,和电池。慢下来需要继续增加电池大小,有一些方法在系统设计中要考虑减少功耗。这些包括:

超出标准化学方法

有显著的替代电池材料研究打算提供高放电率、更高的容量,更长的寿命,和更大的安全。也有一些研究侧重于寻找一个环境方面可回收或者可降解材料电化学电池使用。这些电池材料远离商业化由于参与证明安全的挑战,扩展生产流程,为大规模生产和销售获得监管部门的批准。

一个领先的代用材料类用于充电电池是碳结构。各种碳同素异形体被调查作为主要的电化学材料辅助细胞,作为高导电性电极材料,或在二次细胞分隔符。而全碳电池是遥远的,也许永远不可能商业化,有很多的工作观察使用独特的碳材料作为电极二次电池。

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