正文 第8章 化學電源(3)(1 / 2)

鉛酸蓄電池的正極活性物質為二氧化鉛,負極活性物質為海綿鉛,電解液為硫酸的水溶液。由於放電時消耗硫酸而生成水,使硫酸變稀;充電時相反,使硫酸濃度提高。因此,鉛酸蓄電池可用測比重的方法來粗略估計電池的放電程度。

鉛酸蓄電池的主要優點是價廉,充放電循環可達300~500次以上。缺點是重量大,比能量低,每千克隻有20~30瓦·時,自放電大,不適於過放電和放電狀態下儲存。它是迄今使用最廣、產量最高的蓄電池,大量用於汽車上,甚至稱它為汽車蓄電池。在過去30年中,它的比能量提高了將近一倍,出現了新型全密封的無需維護的汽車蓄電池以及小尺寸圓形全密封防漏鉛酸蓄電池。當前研究的主要方向為提高比能量、循環壽命和使用期限,如提高活性物質利用率,降低板柵和容器重量,防止活性材料的脫落和尋找耐腐蝕正極板柵等。

三、堿性蓄電池

1.鎘│鎳蓄電池

鎘│鎳蓄電池產量僅次於鉛酸蓄電池,負極活性物質為海綿狀鎘,正極活性物質為β-羥基氧化鎳,電解液為氫氧化鉀水溶液。

正極反應機理比較複雜,至今還有爭論。鎳的氧化物可吸附OH-和水化,反應式並不能準確描述充放電過程中電解液濃度的變化,因此,與鉛酸電池不同,不能用堿濃度的變化來估測電池的放電程度。

鎘│鎳蓄電池的主要優點是循環壽命長,一般可達2000~4000次循環,其中小型密封類型也在500次以上。它的使用期限長,通常達10~15年,是目前循環壽命和使用期最長的蓄電池品種。燒結式極板鎘│鎳蓄電池可連續大電流放電,低溫性能好(均比鉛酸蓄電池高約一倍),容易維護,耐過充電和過放電,不論在什麼放電狀態下均可長時間存放。采用過量鎘以吸收充電後期正極產生的氧氣,容易做到密封,是目前普遍采用與太陽能電池配套的通信衛星電源。小型密封圓筒式和扣式鎘│鎳蓄電池廣泛使用於要求較大電流下連續工作的便攜式電子設備。

鎘│鎳蓄電池的缺點為價格高,需要較貴的鎳和鎘,比能量不高(每千克電池隻有30瓦·時左右)。它是非全密封電池,堿液容易吸收空氣中的二氧化碳,即使采用氣密和隔氣措施,通常2~3年就需更換堿液一次。電液爬堿現象使密封工藝要求很高。目前的研究方向是提高比能量和密封性能。

2.鐵│鎳蓄電池

鐵│鎳蓄電池特性類似於鎘│鎳電池,且價格便宜,但自放電大,充電效率低。通常用於礦井和鐵路運輸。

3.鋅│氧化銀蓄電池

鋅│氧化銀蓄電池是目前已廣泛應用的蓄電池中比功率最高的品種,每千克電池可達150~200瓦·時。電池內阻小,特別適於強電流密度放電,工作電壓平穩。缺點是價格昂貴,循環壽命短,低溫性能較差。主要用於軍事和航天工業。

四、氫│金屬蓄電池

氫│金屬蓄電池是20世紀70年代發展起來的新型全密封蓄電池,負極為雙功能氫電極。雙功能電極是一種可以進行充放電循環的多孔氣體擴散電極,充電時作為析氣電極,放電時作為多孔氣體擴散電極。正極為金屬氧化物,如β-羰基氧化鎳、氧化銀等。電解液為氫氧化鉀水溶液。外殼全密封,同時作為高壓儲氫罐,可用氫氣壓力反映電池的荷電程度。比能量可達每千克45~65瓦·時,耐過充放電,循環壽命已達1000次左右。缺點是自放電大,密封要求高。目前正處於研究中,擬發展為與固體結構的太陽能電池配套使用的衛星電源,以代替鎘│鎳蓄電池。

五、高溫蓄電池

高溫蓄電池是一種運行於高溫(250°C~600°C)下的非水溶液電解質蓄電池。非水溶液中有可能使用高活性電極材料,如鈉、鋰等。高溫下運行提高了電極反應速率,且電解質有高的導電率,因此高溫蓄電池的突出優點是具有高的比功率和比能量。高溫蓄電池是20世紀60年代後期應汽車動力電源和電站峰值調平儲能電池的需求而發展起來的,主要有高溫固體電解質蓄電池和熔鹽電解質蓄電池兩類。