蓄电池

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FujiFilm的NP-50锂离子电池

蓄电池(英语:Storage battery),俗称电瓶,又称可充电电池(英语:Rechargeable battery),泛指所有在电量用到一定程度之后可以被再次充电、反复使用的化学能电池的总称。之所以可以充电是因为在接上外部电源后其化学作用能反向进行。制成蓄电池的化学品有很多种,其设计上亦各有不同;因此,其电压、容量、外观大小、重量也各有不同。现在日常生活中普通使用的有:

现时,蓄电池被广泛地应用于各设备上,包括汽车起动器、各种手提设备及工具、不断电系统等。混合动力车辆纯电动车对蓄电池的要求使得蓄电池的技术不断改进,以求减低成本,改善性能,例如减轻其重量及增加其寿命。相对一次电池,蓄电池对环境的影响较低,以整个寿命周期计碳排放较少,而大多数的蓄电池都可以循环再造。虽然蓄电池的的起始成本较高,但由于可以多次重复使用,平均计其成本反而比一次电池便宜。尝试给非蓄电池(原电池)充电是不可取的,因为这可能引起电源漏出有害液体、发热、起火甚至爆炸。

常见蓄电池种类[编辑]

铅蓄电池(Pb)[编辑]

早在1859在年已经面世,是最早发明的蓄电池。容量低,重量重,但可以提供非常稳定的电流,被广泛使用于汽车用电,替引擎提供启动电流。但因为铅对环境有害,弃置处理时需要小心回收,使用时请注意。

镍镉电池(Ni-Cd)[编辑]

电压1.2V,在放电过程电压也相当平稳,与广泛应用的碳锌电池(简称碳电)及碱性电池的1.5V相近,所以多被制成与碳电及碱性电池同样的外观大小,以取代这些一次性电池,也因此曾被广泛应用于手持装置。容量高于铅酸电池,但成本较铅酸电池高,而且自放电较大、有记忆效应。不过镉是有害物质,并不环保,废弃时请确实回收。镍镉电池渐渐被改良后的镍氢电池取代。

镍氢电池(Ni-MH)[编辑]

低自放电镍氢(NiMH)电池

电压与镍镉同样是1.2V,早期容量只略大于镍镉电池,而输出电流比镍镉低及自放电较大,但随着技术成熟,镍氢电池的容量大增,输出电流比镍镉电池更大,特定产品更能输出电流达10C以上(这类镍氢容量会较一般形号略细),也不像镍镉电池含有毒物质,算是环保电池,而且无记忆效应,2005年更推出了新款的低自放电镍氢电池大大改善了自放电的问题,甚至比锂离子电池还低,因此镍氢电池可以说已经完全取代镍镉电池,应用面更广泛。

除了手持电子产品,高功率版本的镍氢电池也应用于混合动力车上,当中代表者是丰田Prius,运作日子最久的一个个案,其镍氢电池已经使用了超过10年。在日本,镍氢电池的市占率为22%,在瑞士更高达60%,但近年开始下降,多是因为部分被锂离子电池取代。

锂离子电池(Li-ion)[编辑]

这是由一手提电脑电池解拆出来的锂离子电池及其附属保护电路

锂离子电池电压约3.6-3.7V(完全充满时4.2V),是目前被广泛应用的蓄电池之中能量密度最高者,也即最轻,而且无记忆效应及低自放电,但仍有缺点,制造成本较其他广泛使用的蓄电池高,安全性较差。也曾有移动电话、笔记电脑的锂电池冒烟、起火、爆炸等案例 (大部分多由不当使用或劣质电芯肇因)。锂离子电池的自放电,状况最差时,饱电下在室温25℃环境中每三个月约失去总容量20%。[1]然而先进的锂离子电池制程技术可以克服这项缺点,安全性也提高,但其成本相对较高。

多数电子产品所使用的锂离子电池常为LiCoO2,能量密度较高(容量较大),其他种类例如LiFeP、LiMnO、LiNiMnCoO…容量较低、较昂贵。由于成本较高,而且需要外加保护电路避免过放电,进一步增加成本,早期的锂离子电池多用在售价较高的产品上,例如笔记电脑移动电话等,现行已较为普及。由于锂离子电池无记忆效应,因此即使是新电池,也不需将其电力耗尽再充电。锂离子电池发展迅速,安全性续增,纯电动车也开使采用,另外于航电、军备也渐渐发现锂离子电池的应用。

锂离子聚合物电池(Li-Poly)[编辑]

锂离子聚合物电池基本结构与锂离子电池相同,分别在于锂离子聚合物电池以固态的聚合物取代在锂离子电池中的有机溶液,相比锂离子电池,其优点是可以减低成本,易于生产出多种不同形状,略较为可靠。缺点是容量略为较低。缜密设计过的锂聚合物电池具有高放电能力,其持续放电系数甚至高达90C或更高。

蓄电池种类列表[编辑]

中文名称 / Type 电压a 能量密度b 功率c 能量转换效率d 能量/$e 自放电率f 可充放电次数g 寿命h
(V) (MJ/kg) (Wh/kg) (Wh/L) (W/kg) (%) (Wh/$) (%/月) (#) (年)
铅酸电池 Pb 2.1 0.11-0.14 30-40 60-75 180 70%-92% 5-8 3%-4% 500-800 5-8(汽车电池), 20 (stationary)
碱性电池 Alkaline 1.5 0.31 85 250 50 -- 7.7 <0.3 100-1000 <5
镍铁电池 Ni-Fe 1.2 0.18 50 100 65% 5-7.3[2] 20%-40% 50+
镍镉电池 Ni-Cd 1.2 0.14-0.22 40-60 50-150 150 70%-90% 1.25-2.5[2] 20% 1500
镍氢电池 Ni-MH 1.2 0.11-0.29 30-80 140-300 250-1000 66% 2.75 30% 500-2000
低自放电镍氢电池 LSD Ni-MH 1.2 66% 1.5%-3% 500-2500
镍锌电池 Ni-Zn 1.7 0.22 60 170 900 2-3.3 100-500
锂空气电池[3] Li-air 2.7 7.2 2000 2000 400 ~100
锂离子电池 Li-ion 3.6 0.58 150-250 250-360 1800 99%+[来源请求] 2.8-5[4] 5%-10% 1200-10000 2-6
锂离子聚合物电池 Li-Po 3.7 0.47-0.72 130-200 300 3000+ 99.8%[来源请求] 2.8-5.0 5% 500~1000 2-3
磷酸锂铁电池 Li-Fe 3.25 0.32-0.4 80-120 170 [来源请求] 1400 93.5% 0.7-3.0 2000+[5] >10
高压锂聚合物电池 Li-HV 3.8
锂硫电池[6] Li-S 2.0 0.94-1.44[7] 400[8] 350 ~100
钛酸锂电池 Li-Ti 2.3 0.32 90 4000+ 87-95%r 0.5-1.0[来源请求] 9000+ 20+
钠离子电池[9] Na-ion 1.7 30 85% 3.3 5000+
薄膜锂电池 LiPON ? 350 959 ?p[10] 40000
锌溴电池 Zn-Br 1.8 0.27-0.31 75-85 75.9% 2000
钒液流电池 VRB 1.15-1.55 0.09-0.13 25-35[11] 80%[12] 20%[12] 14,000[13] 10(stationary)[12]
钠硫电池[14] Na-S 2.0 0.54 150-760 151 200 72%-90% 0.4 4200 2-5
熔盐电池 2.58 0.25-1.04 70-290 [15] 160[2] 150-220 4.54[16] 3000+ <=20
氧化银电池 silver oxide 1.86 0.47 130 240
奈米碳管电池 CCNB 3.85

相关条目[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Battery University: How to Store Batteries. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 mpoweruk.com: Accumulator and battery comparisons (pdf) (PDF). [2012-08-14]. 
  3. ^ 存档副本 (PDF). [2013-01-05]. (原始内容 (PDF)存档于2012-09-25). 
  4. ^ http://www.werbos.com/E/WhoKilledElecPJW.htm(which[永久失效链接] links to http://www.thunder-sky.com/home_en.asp)[永久失效链接]
  5. ^ Zero Emission Vehicles Australia 互联网档案馆存档,存档日期2011-12-14.
  6. ^ Lithium_Sulfur 互联网档案馆存档,存档日期2007-12-14.
  7. ^ Solar plane makes record flight. BBC News. 24 August 2008 [10 April 2010]. 
  8. ^ 存档副本 (PDF). [2016-02-07]. (原始内容 (PDF)存档于2009-07-18). 
  9. ^ Aquion energy. Aquion energy. [2012-08-14]. (原始内容存档于2012-06-26). 
  10. ^ the Company. Excellatron. [2012-08-14]. (原始内容存档于2012-08-08). 
  11. ^ Vanadium Redox Battery. Vrb.unsw.edu.au. [2012-08-14]. (原始内容存档于2010-01-17). 
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 broken link Portuguese Web Archive的存档,存档日期2016-05-17
  13. ^ The Vanadium Advantage: Flow Batteries Put Wind Energy in the Bank 互联网档案馆存档,存档日期2008-09-07.
  14. ^ 专家开讲:深入了解电池技术──Part 9 (钠硫电池). archive.eettaiwan.com. [2016-07-17]. 
  15. ^ Sumitomo considering marketing new lower-temperature molten-salt electrolyte battery to automakers for EVs and hybrids. Green Car Congress. 2011-11-11 [2012-04-24]. 
  16. ^ EVWORLD FEATURE: Fuel Cell Disruptor - Part 2:BROOKS FUEL CELL. Evworld.com. [2012-08-14]. (原始内容存档于2012-05-25).  已忽略文本“CARB” (帮助); 已忽略文本“ARB” (帮助); 已忽略文本“HYDROGEN” (帮助); 已忽略文本“ZEBRA” (帮助); 已忽略文本“EV” (帮助); 已忽略文本“ELECTRIC” (帮助)