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在現階段,微型核能電池還不能驅動筆記本電腦和手機,這是因為它們產生的電能還太小,甚至只能以毫微瓦計算,而1毫微瓦只相當于1瓦的十億分之一,不過即使這樣,微型核能電池也已經大有用場了。這種電池將有望應用于“耗能極低的可植入裝置”中,它可以幫助醫生長期監視病人的健康狀況;它們還可用于驅動微機電裝置和其他極小的電子設備;以核能電池驅動的傳感器可長期監測橋梁、道路和建筑物的使用狀態,民用航班也可用這種傳感器監測飛機的機械故障。
核能電池并不是新事物,它們此前已經應用于軍事或者航空航天領域,但體積往往很大,而現在微型機電系統和納米級機電系統已成為科學研究的熱門領域,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等民用電子裝置對這種電池就更是期待了。
對于核能電池是否安全的問題,人們大可放心,因為它們的能量由放射性同位素的自然衰變而產生,這種衰變由物質中不穩定的原子核放射出粒子及能量所導致。當放射性同位素發生衰變時,它們釋放出帶電粒子,而半導體,例如硅,則能捕獲這些粒子,從而產生電流,這個過程很像太陽能電池板從陽光中捕獲光子并將它們轉變成電流的過程。核能電池正是利用放射性同位素衰變會釋放出能量的原理制成的。
核能電池的工作時間可以持續得很長,這是普通的化學電池所無法比擬的。工作時間長為核能電池帶來了其他電池無法望其項背的優勢。在許多情況下,電池和設備必須是一次性的,根本不容更換,例如深海傳感器、太空探測器以及一些植入人體內的醫療裝置等。科學家們認為,微型核能電池潛在工作時間可達幾百年甚至更長。
微型核能電池雖然有不少優勢,但它們還無法向普通化學電池那樣在我們的日常生活中得到普遍的應用,這是因為還有些關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,科學家們必須拿出巧妙的辦法來。
電量小是因為硅芯片產生電流的面積小,而加大面積又會使電池變得過大,解決這個問題的途徑可以是尋找新的更有效率的材料,但美國羅徹斯特大學的研究小組則青睞于另外一種方法。他們意識到,在自然衰變中發出的放射性同位素,例如氚(氫的一種同位素),有一半并沒有被硅捕捉到,這種情況有點類似于太陽發出的光子絕大部分都散發到宇宙中去了,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。
科學家形容說,這些坑就好像是一些深井,而放射性的氚氣則會充斥于這些深井中,如此一來,產生電流的面積便可以成倍地增加了。不過這些“深井”其實小得令人難以置信,“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。科學家說,他們用這種方法使電量提高了10倍,而一種更先進的“挖井”方法還將會使電量提高160倍。
一、分類:
化學電池、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、固體電解質電池、鋰電池、儲備電池、標準電池、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:
電池是一種能量轉化與儲存的裝置它通過反應將化學能或物理能轉化為電能。電池即一種化學電源,它由兩種不同成分的電化學活性電極分別組成正負極,兩電極浸泡在能提供媒體傳導作用的電解質中,當連接在某一外部載體上時,通過轉換其內部的化學能來提供能。
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一、原電池、化學電池、電池到底是何關系?
在人教版老教材與新教材中均多次出現了原電池、化學電池、電池這三組概念,但只對原電池做了較為具體的定義,化學電池和電池只是以一個普通名詞的形式出現在了教材中,部分教師在授課時往往很容易將三者混淆,這三種概念究竟有何區別呢?
實際上,原電池只是將化學能轉變成電能的裝置,只是化學電源的雛形,它所揭示的只是一種化學原理,根據其原理制作出來的能用于生產、生活和國防中的電源才能被稱之為化學電池。比如教材中描述的銅鋅原電池只是揭示了如何將化學能轉化為電能,但卻不能用于實際生活中,根據其原理設計的鋅錳電池被用于實際生活中,才屬于化學電池。簡單來說,原電池只是一種理論分析模型,而化學電池卻是一種實際應用工具。這也解釋了為什么習慣性地將鋅錳電池、鉛蓄電池稱為化學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)并將其能量轉化為電能的裝置,其工作原理為發射極上的放射源發射帶電粒子,一部分帶電粒子克服電場力穿過絕緣層接收極,使接收極產生與發射極符號相反的電荷,其余帶電粒子則被發射極吸收而產生廢熱,在兩極引出導線接上負載,便產生電流。再比如太陽能電池,其是將太陽光子所具有的能量進行俘獲進而轉化成電能加以應用,顯然這些電池不屬于化學電池。實際上電池可以分為化學電池和物理電池兩大類(如圖2所示),在平時教學中絕對不能將任何電池都理解為化學電池。
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放電過程中鋰單質并不單獨存在,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,即具有更好的導電率,更便于鋰離子從負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,工作起來也十分穩定。因此區分鋰電池和鋰離子電池只許看正極(或負極)材料即可。目前研究較多的均是鋰離子電池,負極大多采用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都指出其屬于干電池的范疇。實際上其只能屬于“干”電池而非真正意義上的干電池。真正干電池的電解質是固體電解質,所謂固體電解質是指在固體狀態時就具有比較高的離子電導率。因此從電解質的角度進行區分可以看出:酸性鋅錳電池使用的是糊狀NH4Cl電解質,堿性鋅錳電池電解質使用的是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,相對不安全,鋰聚合物電池采用聚合物電解質,使用壽命長、安全,不會發生脹包等安全隱患,所以肯定是聚合物電池更優秀。
2、擴展資料:聚合物鋰電池:根據鋰離子電池所用電解質材料的不同,鋰離子電池分為液態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極材料與液態鋰離子都是相同的,正極材料分為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰材料,負極為石墨,電池工作原理也基本一致。
3、它們的主要區別在于電解質的不同, 液態鋰離子電池使用液體電解質, 聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質來代替, 這種聚合物可以是“干態”的,也可以是“膠態”的,目前大部分采用聚合物凝膠電解質。
4、鋰電池:“鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時,M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。所以,鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展,現在鋰電池已經成為了主流。
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2、鋰電池BMS電池管理系統就可以給電池提供十足的保護,功能就包括:充/放電高低溫保護;單節過充/過放電壓保護;充/放電過流保護;電芯均衡;短路保護;充電提醒等等。
鋰電池包的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液,其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰,該材料在高溫下易發生熱分解,并與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學反應,降低電解液的熱穩定性。
動力鋰電池主要用磷酸鐵鋰,磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固,難以分解,即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質,因此擁有良好的安全性。有報告指出,實際操作中針刺或短路實驗中發現有小部分樣品出現燃燒現象,但未出現一例爆炸事件。鋰電池包安全性較之已大有改善。
3、相反,鉛酸電池缺乏BMS系統保護。鉛酸電池在安全防護上除了安全閥之外似乎就乏善可陳,BMS保護幾乎不存在,很多劣質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。再配上劣質充電器,不出事兒是你人品好。
電動車自燃爆炸常有發生,多數都是電池充放電造成的,有專家解釋,鉛酸蓄電池的充電時間過長,充電到末期,兩極轉化為有效物質后,如果再繼續充電,就會產生大量的氫、氧氣體。當這種混合氣體濃度在空氣中占4%時,又來不及逸出,如果排氣孔堵塞或氣體太多,遇到明火就會發生爆炸,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”,這就讓充電中的尤其是充電末期的鉛酸電池危險性極高。