各種電池技術的簡介
1,鉛酸電池
充放電電壓:1.5v~2.7v,由於放電過程中,電解液轉化成水,密度發生變化,所以監控電解液的密度,可以知道電量。
陽極材料:鉛;陰極材料:二氧化鉛;電解液:硫酸
充電的兩個限制條件:a,需觀察氣體逸出和溫度情況,通常開始充電階段可以高速率;b,高電流階段電壓不能超過2.65v,低電流階段不能超過2.39v@25℃
常見充電方法:
a,cc,恆流法,用c/12的電流充電,直到電池電壓達到2.65v。
b,2 step法,用c/6的電流充3小時,然後切成c/16充8小時,無需電壓控制。
c,cc/cv法,用1c充到2.39v,然後恆壓,等到電流降低至c/20時停止。(推薦方案,因為充電最快,且對電池的損傷最小)
d,cv,恆壓法,用2.39v充電,等到c/20時停止。(若充電完成後,電壓一直還在,則需要根據溫度,對電壓進行微調,以防止氫氣析出,造成電解液損失和電極腐蝕)
充電ic:可以選用專用的鉛酸電池充電ic,例如bq2031;用於鋰電池的充電ic也可用於鉛酸電池,只是cv階段的設定,電壓為2.39v。
電池健康:
a, 滿充狀態下最穩定。避免一直充電,因為滿充後電壓會產生氫氣,造成電極腐蝕和電解液體積減少;
b, 高溫也回造成電極腐蝕和電解液減少,不過沒有鋰離子電池那麼嚴重;
c, 如果深度放電,應該立即充電;
d, 新電池應該避免深度放電,會對電極造成不可能的損壞;
e, 對於富液型電池,如果電解液的濃度太高,可加入蒸餾水。
降解機制:
a,硫酸鹽:pbso4硫酸鉛容易長成大的晶體,只能在高電壓下緩慢的被還原;避免硫酸鹽機制的方法是一直保持充電狀態,或是放電後立即充電;電池修復方法是利用高電壓(2.5~2.6v)持續充幾天,但也只能修復部分。
b,電極腐蝕:避免方法,保持滿充狀態,但是不能超過當前溫度下的浮動電壓(2.4v@室溫);電極腐蝕一旦發生,不可修復。
c,失水:表面方法,注意溫度不要太高;修復方法,加入蒸餾水。
使用場合:高功率、備用電池;汽車的啟動電池;高迴圈次數電池;電信、伺服器的備用電池等。
應用趨勢:由於無可比擬的低價、迴圈特性和滿充高壽命,一直都在應用。
近期技術發展:
a,閥控式密封鉛酸蓄電池,降低了失水,免維護,用於汽車行業;
b,玻璃墊隔離,可以防止硫酸鹽晶體短路電極;
c,凝膠電解質,可降低失水,同時允許電極非垂直放置;
d,纏繞單元設計,提高能量密度。
未來發展趨勢:泡沫石墨電極,由於其極大的接觸面積,可以大大降低硫酸鹽化降解和電極腐蝕,從而提高電池壽命,同時能量密度和功率都有提公升。缺點是泡沫石墨易碎且成本高。
鎳鎘電池:
放電電壓,最低0.7v,陽極材料為鎘,陰極材料為niooh,電解液為水+氫氧化鉀,其中氫氧化鉀不參與反應,只用於提公升導電性;
充電電壓,最高1.6v,過充會導致產生氫氣和氧氣,結合後產生熱。
充電方法:只能使用恆流充電(因為接近滿充時會有電壓降低現象);滿充狀態可通過觀察到電壓下降來判斷,或者觀察到電池溫度上公升來判斷。
功率特性:鎳鎘電池的功率能力最強,可達10c的放電能力,只有銀鋅電池、新的lifepo4才可匹敵。
電池健康:無電狀態下最穩定(與鉛酸電池正好相反);但由於自放電速度很快,為了防止過放,一般在有電狀態下存放;如果需要長期保持有電,應該隔一段時間徹底放一次電,以維持電池效能。
降解機制:
a,電極腐蝕,要避免高溫;鎳鎘電池的迴圈壽命最好,可達2000個cycle;
b,電壓降低,有電狀態下存貯,陰極材料會轉化為惰性晶體,可通過反覆徹底充放電來恢復。若容量降低很多,可保持[email protected]
使用場合:要求低成本、高功率、高壽命的場合;
發展趨勢:由於鎘具有汙染,處理困難,已逐步被鎳氫電池取代。
鎳氫電池:
放電電壓:最低0.7v(與鎳鎘相同),陽極材料為氫化金屬,陰極材料包括niooh和稀土金屬混合物。
充電電壓:最高1.6v(與鎳鎘相同),滿電後,電壓也會降低,判據與鎳鎘相同。
充電方法:和鎳鎘電池相同。
放電能力:一般可以以2c的功率放電,特殊設計後可以有更高的放電能力(電動車應用)
電池健康:無電狀態下最穩定,要避免高溫因為高溫下腐蝕會加劇,同時充電效率會降低
降解機制:
a, 氫合金的腐蝕和破碎,應避免長時間的過充和高溫度;
b, 電壓降低,有電狀態下存貯,陰極材料會轉化為惰性晶體,降解比鎳鎘來的輕;可通過反覆徹底充放電來恢復。
使用場合:要求低成本、高容量、高壽命的場合;用於取代鹼性電池;用於混合動力汽車;
發展趨勢:ab2型的合金有更高的容量,但成本高;各種各樣的催化劑,可提公升低溫效能、放電功率和自放電效能。
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