二次电池,也称蓄电池,它是利用化学反应的可逆性,当一个化学反应正向反应完毕后,化学能转化为电能,然后利用电能使化学反应体系逆向进行,恢复初始状态后再利用化学反应转化为电能。由于电池可以重复使用,因此深受人们欢迎。
2.3.2.1 铅蓄电池
世界首个充电式电池是普兰特(Plante)于1859年发明,即铅蓄电池,后经不断改进,是目前二次电池使用最为广泛的电池之一,全球市场占有率七成以上。铅蓄电池可表示为Pb︱H2SO4︱PbO2。其充放电过程中的两极反应及总反应如下:
单个铅蓄电池,开路电压为2.1 V,理论电容量为120 A·h/kg,充放电次数可达300次,在实际应用时,常设计成数个单电池的串联或并联组合。铅蓄电池具有电动势高、放电量较大、性能稳定、价格低廉等优点,因而广泛用于汽车工业、通信业和飞机等行业;其缺点是体积大而又笨重,且对环境会造成严重污染,故目前世界各国都在尽量减少其使用规模。
2.3.2.2 镍-镉电池
镍-镉电池最早应用于手机、超科等设备,放电时电压变化极小,是一种理想的直流供电电池,而且具有良好的大电流放电特性、耐过充、放电能力强、维护简单等优点。其充放电反应机理如下:
镍-镉电池却有个致命的缺点,即在充、放电过程中会出现严重的“记忆效应”,使得使用寿命显著缩短。所谓“记忆效应”是指电池在并未完全放电的情况下进行充电,随着时间推移会导致电池容量降低。究其原因是在电池充放电的过程中(放电过程更明显),会在电池极板表面上产生小气泡,日积月累这些气泡减少了电池极板的面积,最终间接影响电池的容量。当然,采取合理的充、放电方法可以缓解电池的“记忆效应”。此外,镉是有毒金属,以及镍-镉电池的使用及处理会严重影响健康及环境,因此镍-镉电池会逐步退出历史舞台。(www.daowen.com)
2.3.2.3 镍-氢电池
镍-氢电池是为顺应各种小型化、便携化电器的使用现状而诞生的,克服了其前身镍-镉电池的高污染性(镉有毒)、记忆效应(必须放电完全后再充电)和能量密度低的弱点,因此镍-氢电池可快速充、放电,无公害、无记忆效应且耐过充、放电能力强。
镍-氢电池以储氢合金(一般为稀土系合金)为负极,电解液多为KOH水溶液,且添加少量LiOH。电池反应如下:
2.3.2.4 锂离子电池
可充电锂离子电池是目前手机、便携式电脑、照相机、心脏起搏器等电子设备应用最广泛的典型代表。锂离子电池以其体积小、便携、能量密度大、平均输出电压高、自放电小、无记忆效应及循环使用次数高(可反复充电500~1 000次)等特点备受青睐,更重要的是其不含有害物质,属绿色电池。锂离子电池以金属锂作负极,锂在二氧化锰中的嵌合物作为正极,电解液是无机盐(如LiClO4)与有机溶剂的混合液,电池反应如下:
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