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在現(xiàn)階段,微型核能電池還不能驅(qū)動(dòng)筆記本電腦和手機(jī),這是因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的電能還太小,甚至只能以毫微瓦計(jì)算,而1毫微瓦只相當(dāng)于1瓦的十億分之一,不過即使這樣,微型核能電池也已經(jīng)大有用場(chǎng)了。這種電池將有望應(yīng)用于“耗能極低的可植入裝置”中,它可以幫助醫(yī)生長(zhǎng)期監(jiān)視病人的健康狀況;它們還可用于驅(qū)動(dòng)微機(jī)電裝置和其他極小的電子設(shè)備;以核能電池驅(qū)動(dòng)的傳感器可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)橋梁、道路和建筑物的使用狀態(tài),民用航班也可用這種傳感器監(jiān)測(cè)飛機(jī)的機(jī)械故障。
核能電池并不是新事物,它們此前已經(jīng)應(yīng)用于軍事或者航空航天領(lǐng)域,但體積往往很大,而現(xiàn)在微型機(jī)電系統(tǒng)和納米級(jí)機(jī)電系統(tǒng)已成為科學(xué)研究的熱門領(lǐng)域,人們因此需要體積更小的核能電池為它們提供持久的電能,至于筆記本電腦和手機(jī)等民用電子裝置對(duì)這種電池就更是期待了。
對(duì)于核能電池是否安全的問題,人們大可放心,因?yàn)樗鼈兊哪芰坑煞派湫酝凰氐淖匀凰プ兌a(chǎn)生,這種衰變由物質(zhì)中不穩(wěn)定的原子核放射出粒子及能量所導(dǎo)致。當(dāng)放射性同位素發(fā)生衰變時(shí),它們釋放出帶電粒子,而半導(dǎo)體,例如硅,則能捕獲這些粒子,從而產(chǎn)生電流,這個(gè)過程很像太陽(yáng)能電池板從陽(yáng)光中捕獲光子并將它們轉(zhuǎn)變成電流的過程。核能電池正是利用放射性同位素衰變會(huì)釋放出能量的原理制成的。
核能電池的工作時(shí)間可以持續(xù)得很長(zhǎng),這是普通的化學(xué)電池所無法比擬的。工作時(shí)間長(zhǎng)為核能電池帶來了其他電池?zé)o法望其項(xiàng)背的優(yōu)勢(shì)。在許多情況下,電池和設(shè)備必須是一次性的,根本不容更換,例如深海傳感器、太空探測(cè)器以及一些植入人體內(nèi)的醫(yī)療裝置等。科學(xué)家們認(rèn)為,微型核能電池潛在工作時(shí)間可達(dá)幾百年甚至更長(zhǎng)。
微型核能電池雖然有不少優(yōu)勢(shì),但它們還無法向普通化學(xué)電池那樣在我們的日常生活中得到普遍的應(yīng)用,這是因?yàn)檫€有些關(guān)鍵性問題不得不解決,如核能電池的體積總是過大,而減小體積電量又太小,要解決這類問題,科學(xué)家們必須拿出巧妙的辦法來。
電量小是因?yàn)楣栊酒a(chǎn)生電流的面積小,而加大面積又會(huì)使電池變得過大,解決這個(gè)問題的途徑可以是尋找新的更有效率的材料,但美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的研究小組則青睞于另外一種方法。他們意識(shí)到,在自然衰變中發(fā)出的放射性同位素,例如氚(氫的一種同位素),有一半并沒有被硅捕捉到,這種情況有點(diǎn)類似于太陽(yáng)發(fā)出的光子絕大部分都散發(fā)到宇宙中去了,而我們地球接收到的只是其中極小一部分一樣。于是,他們決定想辦法讓硅捕獲更多的粒子,方法是在硅上面弄出許多坑來,從而在有限的平面上獲得更大的表面積。
科學(xué)家形容說,這些坑就好像是一些深井,而放射性的氚氣則會(huì)充斥于這些深井中,如此一來,產(chǎn)生電流的面積便可以成倍地增加了。不過這些“深井”其實(shí)小得令人難以置信,“井口”寬約1微米,深約40微米,要挖這樣的井,需有賴于一種名為“蝕刻”的技術(shù)??茖W(xué)家說,他們用這種方法使電量提高了10倍,而一種更先進(jìn)的“挖井”方法還將會(huì)使電量提高160倍。
一、分類:
化學(xué)電池、干電池、鉛晶蓄電池、液體電池、鐵鎳蓄電池、鎳鎘蓄電池、銀鋅蓄電池、燃料電池、太陽(yáng)電池、溫差電池、核電池、原電池、鋅錳干電池、堿性鋅錳電池、鋅汞電池、鋅空氣電池、固體電解質(zhì)電池、鋰電池、儲(chǔ)備電池、標(biāo)準(zhǔn)電池、糊式鋅錳干電池、紙板式鋅錳干電池、紙板式鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、疊層式鋅錳干電池、堿性蓄電池、金屬空氣電池、納米電池、磷酸鐵鋰電池、水果電池、鋰離子電池等。
二、電池:
電池是一種能量轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存的裝置它通過反應(yīng)將化學(xué)能或物理能轉(zhuǎn)化為電能。電池即一種化學(xué)電源,它由兩種不同成分的電化學(xué)活性電極分別組成正負(fù)極,兩電極浸泡在能提供媒體傳導(dǎo)作用的電解質(zhì)中,當(dāng)連接在某一外部載體上時(shí),通過轉(zhuǎn)換其內(nèi)部的化學(xué)能來提供能。
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一、原電池、化學(xué)電池、電池到底是何關(guān)系?
在人教版老教材與新教材中均多次出現(xiàn)了原電池、化學(xué)電池、電池這三組概念,但只對(duì)原電池做了較為具體的定義,化學(xué)電池和電池只是以一個(gè)普通名詞的形式出現(xiàn)在了教材中,部分教師在授課時(shí)往往很容易將三者混淆,這三種概念究竟有何區(qū)別呢?
實(shí)際上,原電池只是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置,只是化學(xué)電源的雛形,它所揭示的只是一種化學(xué)原理,根據(jù)其原理制作出來的能用于生產(chǎn)、生活和國(guó)防中的電源才能被稱之為化學(xué)電池。比如教材中描述的銅鋅原電池只是揭示了如何將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,但卻不能用于實(shí)際生活中,根據(jù)其原理設(shè)計(jì)的鋅錳電池被用于實(shí)際生活中,才屬于化學(xué)電池。簡(jiǎn)單來說,原電池只是一種理論分析模型,而化學(xué)電池卻是一種實(shí)際應(yīng)用工具。這也解釋了為什么習(xí)慣性地將鋅錳電池、鉛蓄電池稱為化學(xué)電池而非原電池的原因。
比如目前已研制成功并廣泛用于心臟起搏器的核電池(又稱放射性同位素電池,如圖1所示),它是利用放射性同位素衰變放出載能離子(α粒子、β粒子和γ射線)并將其能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理為發(fā)射極上的放射源發(fā)射帶電粒子,一部分帶電粒子克服電場(chǎng)力穿過絕緣層接收極,使接收極產(chǎn)生與發(fā)射極符號(hào)相反的電荷,其余帶電粒子則被發(fā)射極吸收而產(chǎn)生廢熱,在兩極引出導(dǎo)線接上負(fù)載,便產(chǎn)生電流。再比如太陽(yáng)能電池,其是將太陽(yáng)光子所具有的能量進(jìn)行俘獲進(jìn)而轉(zhuǎn)化成電能加以應(yīng)用,顯然這些電池不屬于化學(xué)電池。實(shí)際上電池可以分為化學(xué)電池和物理電池兩大類(如圖2所示),在平時(shí)教學(xué)中絕對(duì)不能將任何電池都理解為化學(xué)電池。
從工作原理可看出鋰離子電池不同于鋰電池的地方在于整個(gè)放電過程中鋰單質(zhì)并不單獨(dú)存在,只有鋰離子。相比鋰電池,鋰離子電池另一不同之處在于電極材料上的更新,即具有更好的導(dǎo)電率,更便于鋰離子從負(fù)極中脫出而嵌入正極材料中。這種材料上的更新使得鋰離子電池電阻很小、電流很大,工作起來也十分穩(wěn)定。因此區(qū)分鋰電池和鋰離子電池只許看正極(或負(fù)極)材料即可。目前研究較多的均是鋰離子電池,負(fù)極大多采用LixC6,正極材料有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4等。
三、鋅錳電池屬于干電池嗎?
人教版新、老教材在講述鋅錳電池時(shí)都指出其屬于干電池的范疇。實(shí)際上其只能屬于“干”電池而非真正意義上的干電池。真正干電池的電解質(zhì)是固體電解質(zhì),所謂固體電解質(zhì)是指在固體狀態(tài)時(shí)就具有比較高的離子電導(dǎo)率。因此從電解質(zhì)的角度進(jìn)行區(qū)分可以看出:酸性鋅錳電池使用的是糊狀NH4Cl電解質(zhì),堿性鋅錳電池電解質(zhì)使用的是KOH溶液,均不能屬于干電池。
1、鋰聚合物電池好,鋰離子電池里面有電解液,相對(duì)不安全,鋰聚合物電池采用聚合物電解質(zhì),使用壽命長(zhǎng)、安全,不會(huì)發(fā)生脹包等安全隱患,所以肯定是聚合物電池更優(yōu)秀。
2、擴(kuò)展資料:聚合物鋰電池:根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料的不同,鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池)或塑料鋰離子電池。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的,正極材料分為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰材料,負(fù)極為石墨,電池工作原理也基本一致。
3、它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 液態(tài)鋰離子電池使用液體電解質(zhì), 聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物凝膠電解質(zhì)。
4、鋰電池:“鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí),M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?;顫?,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對(duì)環(huán)境要求非常高。所以,鋰電池長(zhǎng)期沒有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。
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2、鋰電池BMS電池管理系統(tǒng)就可以給電池提供十足的保護(hù),功能就包括:充/放電高低溫保護(hù);單節(jié)過充/過放電壓保護(hù);充/放電過流保護(hù);電芯均衡;短路保護(hù);充電提醒等等。
鋰電池包的電解液為鋰鹽與有機(jī)溶劑的混合溶液,其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰,該材料在高溫下易發(fā)生熱分解,并與微量的水以及有機(jī)溶劑之間進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng),降低電解液的熱穩(wěn)定性。
動(dòng)力鋰電池主要用磷酸鐵鋰,磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固,難以分解,即便在高溫或過充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì),因此擁有良好的安全性。有報(bào)告指出,實(shí)際操作中針刺或短路實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有小部分樣品出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象,但未出現(xiàn)一例爆炸事件。鋰電池包安全性較之已大有改善。
3、相反,鉛酸電池缺乏BMS系統(tǒng)保護(hù)。鉛酸電池在安全防護(hù)上除了安全閥之外似乎就乏善可陳,BMS保護(hù)幾乎不存在,很多劣質(zhì)充電器甚至都無法做到充滿后斷電,安全保障上與鋰電池相去甚遠(yuǎn)。再配上劣質(zhì)充電器,不出事兒是你人品好。
電動(dòng)車自燃爆炸常有發(fā)生,多數(shù)都是電池充放電造成的,有專家解釋,鉛酸蓄電池的充電時(shí)間過長(zhǎng),充電到末期,兩極轉(zhuǎn)化為有效物質(zhì)后,如果再繼續(xù)充電,就會(huì)產(chǎn)生大量的氫、氧氣體。當(dāng)這種混合氣體濃度在空氣中占4%時(shí),又來不及逸出,如果排氣孔堵塞或氣體太多,遇到明火就會(huì)發(fā)生爆炸,輕則損壞蓄電池,重則傷人、損物。也就是,鉛酸電池一旦過度充電,將提高爆炸的幾率。而目前市面上的鉛酸電池并沒有做任何的“過充保護(hù)”,這就讓充電中的尤其是充電末期的鉛酸電池危險(xiǎn)性極高。