科技改變生活 · 科技引領未來
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介紹電池指裝有電解質溶液和金屬電極的杯子、罐或其他容器或復合容器中產生電流的空間，簡言之，是一種能夠將化學能轉化為電能的裝置，其具有正極和負極。隨著科學技術的發展，電池被廣泛地稱為產生電能的小裝置，如太陽能電池。電池的技術參數主要包括電動勢
介紹
電池指裝有電解質溶液和金屬電極的杯子、罐或其他容器或復合容器中產生電流的空間，簡言之，是一種能夠將化學能轉化為電能的裝置，其具有正極和負極。隨著科學技術的發展，電池被廣泛地稱為產生電能的小裝置，如太陽能電池。電池的技術參數主要包括電動勢、容量、比能量和電阻。利用該電池作為能源，可以獲得電壓穩定、電流穩定、長期穩定供電、外界影響小的電流，并且電池結構簡單、攜帶方便、充放電操作方便，不受氣候和溫度的影響。它具有穩定可靠的性能，在現代社會生活的方方面面發揮著巨大的作用。
不同類型的電池
目錄
介紹 |
一、電池歷史 |
二、工作原理 |
三、工藝參數 3.1電動勢 3.2額定容量 3.3額定電壓 3.4開路電壓 3.5內阻 3.6阻抗 3.7充放電率 3.8使用壽命 3.9自放電率 |
四、電池類型 4.1電池尺寸列表 4.2電池標準 4.3普通電池 |
五、術語 5.1國家標準 5.2電池常識 5.3電池選擇 5.4電池回收 |
一、電池歷史
1746年，荷蘭萊頓大學的梅森·布洛克發明了收集電荷的“萊頓罐”。他看到很難收集但很容易在空氣中消失的電，他想找到一種省電的方法。有一天，他拿著一個桶懸在空中，與一個馬達和一個桶相連，從桶里取出一根銅線，浸在裝滿水的玻璃瓶中。他的助手手里拿著玻璃瓶，梅森·布洛克則從側面搖動馬達。這時他的助手不小心碰到了槍管，突然感到一陣強烈的電擊，大聲喊道。梅森·布洛克隨后與助手交流，讓助手搖動馬達，同時，他一只手拿著水瓶，另一只手碰了碰槍。電池還處于胚胎階段，那就是萊登·賈爾。
1780年，意大利解剖學家路易吉·加里尼在做青蛙解剖時，雙手拿著不同的金屬器械，不小心同時碰到了青蛙的大腿。青蛙腿上的肌肉立刻抽搐起來，好像被電擊了似的。如果只使用金屬儀器觸摸青蛙，就不會有這種反應。格里尼認為，這種現象的發生是因為動物體內產生了一種電，他稱之為“生物電”
電偶的發現引起了物理學家們的極大興趣，他們競相重復青蛙實驗，試圖找到發電的方法。意大利物理學家沃爾特經過幾次實驗后說：“生物電”的概念是不正確的。青蛙的肌肉之所以能發電，可能是因為肌肉中的某種液體在起作用。為了證明他的觀點，伏特將兩塊不同的金屬片浸入不同的溶液中進行測試。
1799年，伏特將一塊鋅板和一塊錫板浸入鹽水中，發現有電流流過連接這兩種金屬的導線。因此，他在鋅片和銀片之間放了許多絨毛布或浸過鹽水的紙片。當用手觸摸兩端時，他感到強烈的電流刺激。結果發現，只要兩塊金屬板中的一塊與溶液發生化學反應，這些金屬板之間就會產生電流。
就這樣，伏特成功地制造了世界上第一個電池“伏特堆棧”，它實際上是一個串聯的電池組。它成為早期電氣實驗和電報機的動力源。
1836年，英國的丹尼爾改進了“伏特堆”。他用稀硫酸作為電解液來解決電池的極化問題，并生產出了第一個不極化、能保持電流平衡的鋅銅電池。但是這些電池有一個問題，電壓會隨著時間的推移而降低。
當電池使用一段時間后電壓下降時，可以給它一個反向電流，使電池電壓升高。因為這種電池可以充電，可以重復使用。
1860年，法國人GeorgeLeclanche也發明了世界上廣泛使用的電池（碳鋅電池）的前身。其中電極為負極的伏特和鋅的混合電極，其中負極與鋅電極混合而成，在混合物中插入一根碳棒作為電流收集器。兩個電極都浸在氯化銨溶液中（作為電解溶液）。這就是所謂的“濕電池”。這種電池既簡單又便宜，所以直到1880年才被“干電池”取代。負極被修飾成鋅罐（電池外殼），電解液變成糊狀而不是液體，這基本上就是我們今天使用的碳鋅電池。
1887年，英國人赫爾森發明了最早的干電池。干電池電解液呈糊狀，不滲漏，攜帶方便，因而得到了廣泛的應用。
1890年，托馬斯·愛迪生發明了一種可充電的鐵鎳電池。
二、工作原理
在化學電池中，化學能轉化為電能是電池內部氧化還原等自發化學反應的結果，這種反應是在兩個電極上進行的。負電極活性材料由鋅、鎘或鉛等活性金屬和氫或碳氫化合物組成。正極活性材料由二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物、氧氣或空氣、鹵素及其鹽類、含氧酸及其鹽等組成。電解質是具有良好離子導電性的材料，例如酸、堿、鹽、有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質的水溶液。
當外部電路斷開時，兩極之間存在電位差（開路電壓），但沒有電流，蓄電池中儲存的化學能不能轉化為電能。當外部電路閉合時，由于電解液中沒有自由電子，在兩個電極之間的電位差的作用下，電流流過外部電路，同時在蓄電池內部流動，電荷轉移伴隨著雙極活性物質與電解液界面的氧化或還原反應，以及反應物和反應產物的遷移。電解液中電荷的轉移是通過離子的遷移來完成的。
電池內部正常的電荷轉移和傳質過程是保證電能正常輸出的重要環節。充電時，內部能量傳遞和傳質過程的方向與放電正好相反，電極反應必須是可逆的，以保證正常的傳質和傳質過程在相反的方向進行。因此，可逆電極反應是構成電池的必要條件。事實上，當電極通過平衡電位時，電極會動態地偏離。這種現象稱為極化。電流密度越大（通過單位電極面積的電流），極化越多，極化是造成電池能量損失的重要原因之一。
兩極分化的原因：注
①由電池各部分電阻引起的極化稱為歐姆極化。
②由于電極-電解液界面層電荷轉移過程受阻而產生的極化稱為激活極化。
③ 電極-電解液界面層中緩慢的傳質過程引起的極化稱為濃差極化。減小這種極化的方法是增大電極反應面積，降低電流密度，提高反應溫度，提高電極表面的催化活性。
三、工藝參數
3.1電動勢
電動勢是兩個電極的平衡電極電位之差。以鉛酸蓄電池為例，E=Ф+0-Ф-0+RT/F*In（αH2SO4/αH2O）。
E:電動勢
Ф+0：正極標準電極電位，為1.690 V。
Ф-0：負極標準電極電位，為1.690 V。
R：一般氣體常數，為8.314。
T：環境溫度。
F：法拉第常數，其值為96485。
αH2SO4：硫酸活性，與硫酸濃度有關。
αH2O：水活性，與硫酸濃度有關。
由上式可知，鉛酸蓄電池的標準電動勢為1.690-（-0.356）=2.046V，因此蓄電池的標稱電壓為2V。鉛酸蓄電池的電動勢與溫度和硫酸濃度有關。
3.2額定容量
在設計規定的條件下（如溫度、放電率、終端電壓等），電池應能放電的最小容量（單位：安培/小時）用符號C表示。容量受放電率的影響很大，因此，放電率通常由字母C右下角的阿拉伯數字表示，例如C20=50，表示20倍速率下每小時50安培的容量。電池的理論容量可根據電池反應公式中電極活性材料的量和根據法拉第定律計算的活性材料的電化學當量準確確定。由于蓄電池中可能發生的副反應以及設計的特殊需要，蓄電池的實際容量通常低于理論容量。
3.3額定電壓
電池在室溫下的典型工作電壓，也稱為標稱電壓。可供選擇不同類型電池時參考。電池的實際工作電壓等于正負極在不同使用條件下的平衡電極電位之差。它只與電極活性物質的類型有關，而與活性物質的含量無關。電池電壓本質上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應引起的金屬晶體或某些相形成膜的相變會引起電壓的輕微波動。這種現象稱為噪聲。這種波動的幅度很小，但頻率范圍很寬，可以與電路中的自激噪聲區別開來。
3.4開路電壓
蓄電池在開路狀態下的端子電壓稱為開路電壓。蓄電池的開路電壓等于蓄電池開路時正極電勢和負極電勢之間的差值（沒有電流流過兩極）。蓄電池的開路電壓用V表示，即V on=Ф+-Ф-，其中Ф+，Ф-分別為蓄電池的正極和負極電位。蓄電池的開路電壓通常小于其電動勢。這是因為電池兩極在電解質溶液中形成的電極電位通常不是平衡電極電位，而是穩定的電極電位。通常，蓄電池的開路電壓近似等于蓄電池的電動勢。
3.5內阻
蓄電池內阻是指電流通過蓄電池內部時所受的電阻。它包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。由于內阻的存在，電池的工作電壓總是小于電池的電動勢或開路電壓。
由于活性物質的組成、電解液的濃度和溫度都在不斷變化，因此蓄電池的內阻不是恒定的，在充放電過程中會隨著時間的推移而變化。歐姆內阻遵循歐姆定律，極化內阻隨電流密度的增加而增大，但不是線性的。
內阻是決定電池性能的重要指標。它直接影響電池的工作電壓、工作電流、輸出能量和功率。對于電池來說，內阻越小越好。
3.6阻抗
該電池具有較大的電極-電解液界面面積，可以等效為一個簡單的大電容、小電阻、小電感的串聯電路。然而，實際情況要復雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平的變化而變化，所測得的阻抗僅對某一測量狀態有效。
3.7充放電率
它有兩種表達方式：時間速率和放大倍數。時間速率是由充電和放電時間指示的充電和放電速率，數值等于電池的額定容量（A·h）除以預定的充放電電流（A）得到的小時數。放大率是時間比率的倒數。原電池的放電速率是指一定的固定電阻放電到終端電壓的時間，放電速率對電池性能有很大的影響。
3.8使用壽命
存儲壽命是指從電池制造到使用之間允許存儲的最長時間。包括儲存期和使用期在內的總期限稱為電池的有效期。蓄電池的壽命分為干貯存壽命和濕貯存壽命。循環壽命是指電池在規定條件下所能達到的最大充放電循環次數。充放電循環試驗系統必須規定在規定的循環壽命內，包括充放電速率、放電深度和環境溫度范圍。
3.9自放電率
電池在儲存期間失去容量的速率。單位儲存時間內自放電損失的容量表示為儲存前電池容量的百分比。
四、電池類型
4.1電池尺寸列表
電池分為一次性電池和可充電電池。一次性電池在不同的國家和地區有不同的技術資源和標準。因此，在國際組織制定標準型號之前，已經有很多型號生產出來，這些電池型號大多由廠家或國家有關部門命名，形成了不同的命名體系。根據電池的尺寸，我國的堿性電池型號可分為1號、2號、5號、7號、8號、9號和NV；相應的美國堿性模型有D、C、AA、AAA、N、AAAA、PP3等。在中國，一些電池將使用美國的命名方法。根據IEC標準，完整的電池型號說明應為：化學、形狀、尺寸、排列整齊。
1） AAAA型號比較少見，標準AAAA（平頭）電池的高度為41.5±0.5 mm，直徑為8.1±0.2 mm。
2） AAA型電池更為常見。標準AAA（平頭）電池的高度為43.6±0.5mm，直徑為10.1±0.2mm。
3） AA型電池是眾所周知的。數碼相機和電動玩具都使用AA電池。標準AA（平頭）電池的高度為48.0±0.5mm，直徑為14.1±0.2mm。
4） 模特兒很少見。此系列通常用作電池組中的電池芯。舊相機的鎳鎘電池和鎳氫電池幾乎都是4/5A或4/5SC電池。標準A（平頭）電池的高度為49.0±0.5 mm，直徑為16.8±0.2 mm。
5） SC模型也不常見。它通常是電池組內的電池芯。它可以在電動工具和相機以及進口設備上看到。標準SC（平頭）電池的高度為42.0±0.5mm，直徑為22.1±0.2mm。
6） C型相當于中國2號電池。標準C（平頭）電池的高度為49.5±0.5 mm，直徑為25.3±0.2 mm。
7） D型相當于中國的1號電池。廣泛應用于民用、軍用、特種直流電源。標準D（平頭）電池的高度為59.0±0.5mm，直徑為32.3±0.2mm。
8） N模型并不常見。標準N（平頭）電池的高度為28.5±0.5 mm，直徑為11.7±0.2 mm。
9） 電動輕便摩托車使用的F電池和新一代動力電池有取代鉛酸免維護電池的趨勢，鉛酸蓄電池通常用作電池電池。標準F（平頭）電池的高度為89.0±0.5 mm，直徑為32.3±0.2 mm。
4.2電池標準
A、 中國標準電池
以電池6-QAW-54a為例
注：
1） 型號后加D表示低溫啟動性能良好，如6-QA-110D
2） 在模型之后，添加HD表示高抗振型。
3） 在模型之后，添加DF表示低溫反向加載，如6-QA-165DF
B、 日本JIS標準電池
1979年，日本標準電池型號由日本N公司代表。后一個數字是電池室的尺寸，用電池的近似額定容量表示，如NS40ZL：
到1982年，日本標準電池型號按新標準執行，如38B20L（相當于NS40ZL）：
C、 德國DIN標準電池
以電池544 34為例：
D、 美國BCI標準電池
以電池58430（12V 430A 80min）為例：
① 在這種情況下，發動機的最重要的技術參數是發動機起動時的電流和溫度，如發動機的最低起動溫度和發動機的起動溫度有關，起動和點火的最低工作電壓。當12V蓄電池充滿電后30秒內，端子電壓降至7.2V時，蓄電池所能提供的最小電流。冷起動額定值給出總電流值。
② 儲備容量（RC）：當充電系統不工作時，通過在夜間點燃電池并提供最小電路負載，汽車可以運行的大約時間，具體地說是：在25±2°C的條件下，充滿電的12V電池，當恒流25a放電時，電池端電壓放電時間降至10.5±0.05V。
4.3普通電池
1） 干電池
干電池也稱為錳鋅電池。所謂干電池是相對于伏打電池而言的，而錳鋅是指其原材料比其他材料如氧化銀電池、鎳鎘電池。錳鋅電池的電壓為1.5V。干電池消耗化學原料來發電。其電壓不高，能產生的連續電流不能超過1A。
2） 鉛酸蓄電池
蓄電池是應用最廣泛的電池之一。用玻璃罐或塑料罐，灌滿硫酸，然后插入兩塊鉛板，一塊接充電器的正極，另一塊連接充電器的負極，經過十幾個小時的充電，就形成了蓄電池。它的正負極之間有2伏的電壓。它的優點是可以重復使用。另外，由于其內阻小，可以提供大電流。當它被用來為汽車發動機提供動力時，瞬時電流可達20安培。當電池充電時，電能被儲存起來，當它被放電時，化學能轉化為電能。
3） 鋰電池
以鋰為負極的電池。它是20世紀60年代以后發展起來的一種新型高能電池。
鋰電池的優點是單體電池電壓高、比能量大、儲存壽命長（可達10年）、溫度性能好（可在-40～150℃下使用）。缺點是價格昂貴，安全性差。此外，其電壓滯后和安全問題有待改進。動力電池和新型正極材料的發展，特別是磷酸鐵鋰材料的發展，為鋰電池的發展做出了巨大貢獻。
五、術語
5.1國家標準
IEC（國際電工委員會）標準，是一個由國家電工委員會組成的世界性標準化組織，旨在促進電氣和電子領域的標準化。
鎳鎘電池國家標準GB/T11013 U 1996GB/T18289 U 2000。
鎳氫電池國家標準為GB/T15100 GB/T18288 U 2000。
鋰電池國家標準為GB/T10077?1998YD/T998; 1999，GB/T18287 U 2000。
此外，通用電池標準還有JIS C標準和三洋松下公司制定的電池標準。
一般的電池行業都是基于三洋或松下的標準。
5.2電池常識
1） 正常充電
不同的電池有各自的特點。用戶必須按照制造商的說明給電池充電，因為正確合理的充電有利于延長電池壽命。
2） 快速充電
一些自動智能快速充電器只在指示燈信號改變時指示燈已滿90%。充電器將自動切換到慢速充電，使電池充滿電。用戶最好在使用前將電池充滿電，否則會縮短使用時間。
3） 影響
如果電池是鎳鎘電池，長時間沒有完全充電或放電，會在電池上留下痕跡，降低電池容量。這種現象稱為電池記憶效應。
4） 擦除內存
將電池放電后再完全充滿，以消除電池記憶效應，另外，按照說明書中的說明控制時間，重復充放電兩次或三次。
5） 蓄電池儲能
鋰電池可存放在環境溫度為-5°C至35°C、相對濕度不超過75%的干凈、干燥、通風的室內。避免接觸腐蝕性物質，遠離火源和熱源。電池電量保持在額定容量的30%至50%，蓄電池最好每6個月充電一次。
注：充電時間計算
1） 當充電電流小于或等于蓄電池容量的5%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安時）×1.6÷充電電流（毫安）
2） 當充電電流大于電池容量的5%，且小于或等于10%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安時）×1.5%÷充電電流（毫安）
3） 當充電電流大于電池容量的10%且小于或等于15%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安時）×1.3÷充電電流（毫安）
4） 當充電電流大于電池容量的15%且小于或等于20%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安時）×1.2÷充電電流（毫安）
5） 當充電電流超過電池容量的20%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安時）×1.1÷充電電流（毫安）
5.3電池選擇
5.4電池回收
世界上常用的處理廢電池的方法有三種：固化掩埋、儲存在廢礦山中、回收利用。
例如，法國的一家工廠提取鎳和鎘，然后將鎳用于煉鋼，鎘被重新用于電池生產。其余的廢電池一般都運到專門的有毒有害垃圾填埋場，但這種方法成本高，造成土地浪費，另外，還有很多有用的材料可以作為原料。
2. 再利用
（1） 熱處理
（2） 濕法加工
（3） 真空熱處理
關于電池類型的常見問題解答
1.世界上有多少種電池？電池基本上分為兩類：不可充電電池（原電池）可充電電池（二次電池）。
2.什么類型的電池不能充電？干電池是一種不能再充電的電池，也被稱為主電池。可充電電池也被稱為二次電池，可以充電有限的次數。原電池或干電池是設計為使用一次，然后丟棄的電池。
3. 為什么電池叫AA和AAA？但最顯著的區別在于尺寸，因為電池因其尺寸和尺寸而被稱為AA和AAA。。。它只是給定尺寸和額定電壓的電池的標識符。AAA電池比AA電池體積小。
4. 哪種電池最適合手機？鋰聚合物電池鋰聚合物電池具有良好的放電特性。它們效率高，功能性強，自放電水平低。這意味著電池在不使用時不會放電太多。另請閱讀：2020年扎根Android智能手機的8大好處！
5. 最流行的電池尺寸是多少？常見電池尺寸AA電池。也被稱為“雙A”，AA電池是目前最受歡迎的電池尺寸。。。AAA電池。AAA電池也被稱為“AAA”，是第二種最受歡迎的電池。。。AAAA電池C電池D電池9V電池CR123A電池23A電池
張原