电池类型

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简介

近年来，大多数电子设备都配备了电池，帮助将化学能转化为电能。主要地，电子设备的电池可以分为两种不同的类型：原电池或电池和蓄电池或电池。电池是指一个或多个电池的集合，这些电池经历不同的化学反应，为机器的其他设备产生电流。最近，不同的技术被用于制造电动电池，例如突破性技术。

电池及其应用

电池是指电子设备中一种小型且重要的组件，它引导设备的其他机械部件的工作过程。一些电池可以充电，它们被用于不同的领域，如复杂住宅、医疗器械制造、医疗行业、物流以及建筑工地。此外，在消防、军事甚至紧急情况下，电池的应用也十分常见（Tamilselvi 等人，2021）。例如，在住宅用途方面，电池用于手电筒、逆变器和大多数电子设备。在医疗领域，电池驱动不同的病理设备。在军事领域，电池对于无线电通信非常有用。

电池的组成部分

电池包含不同类型的组件，例如阳极、阴极以及电解质。电池的阳极表示负极，而阴极表示正极。阳极向连接电池的电子电路产生电子。建立连接后，电子产生过程开始，从而导致电极之间产生差异。在不同类型的电池中，这三种电池组件的排列方式不同（Löbberding 等人，2020）。电池的其他组件包括功率容量、功率能力、电压容量、功率密度和储存寿命。

不同类型电池及其应用

电池主要分为两类：原电池和蓄电池。

原电池/电池

原电池具有更高的密度和更慢的放电速度。它还具有更高的内阻和不可逆的化学反应。

图 1：原电池的构造

这种类型的电池设计更小、更轻、更薄，便于携带。这种电池的成本也低于蓄电池（Halimah、Rahardian 和 Budiman，2019）。这种电池在阳极处的氧化还原反应为 $\mathrm{Zn(s)\: \rightarrow \: Zn^{2+} (aq) + 2e^{–}}$，而在阴极处，方程式变为 $\mathrm{Zn(s) + 2 NH_{4}^{+ }(aq) + 2 MnO_{2} (S) \:\rightarrow\: [Zn(NH_3)_2]^{2+} (aq) + Mn_{2}O_{3} (S) + H_{2}O (l)}$

蓄电池/电池

图 2：蓄电池的构造

蓄电池具有较低的能量密度，主要由湿电池和熔盐制成。它还包括较低的内阻、可逆的化学反应，并且这种类型的电池设计比原电池更复杂且更重（Thirugnanam 等人，2018）。这种电池在阳极处的氧化还原反应为 $\mathrm{Pb\:\rightarrow\: Pb^{2+}+ 2 e^{–}}$ 和 $\mathrm{Pb+ SO_4^{2–} \:\rightarrow \:PbSO_4(electrode) + 2 e^{–}}$，而在阴极处，方程式变为 $\mathrm{2 e^{–}+ PbO_{2}+ 4 H^{+}\:\rightarrow\: Pb^{2+}+ 2 H_{2}O}$ 和 $\mathrm{2 e^{–}+ PbO_{2}+ 4 H^{+}+ SO_4^{2-} \:\rightarrow\: PbSO_{4}(electrode) + 2 H_{2}O}$。蓄电池分为两类：可充电电池和不可充电电池。

蓄电池的分类

图 3：干电池的构造

可充电电池也具有不同的类型，如铅酸电池，是一种廉价的电池，主要用于汽车、重型机械、不间断电源和车辆。这些类型电池的标称电压从 2V 到 24V 不等，功率密度为 7 Wh/Kg。

蓄电池/电池

铅酸电池

优点

• 成本低廉
• 易于充电
• 具有较高的功率容量

缺点

• 重量较重
• 占用空间较大
• 功率密度较低

锂离子电池由锂制成，并包含先进的技术。这些类型电池的标称电压从 3.7V 开始，功率密度为 126 Wh/Kg（Helbig 等人，2018）。

优点

• 重量轻
• 更高的 C 倍率功能
• 更高的电池电压
• 具有较高的功率容量

缺点

• 缺少电池保护电路
• 比其他类型的电池贵
• 短路几率大

不可充电电池也分为不同的类别，例如碱性电池和纽扣电池。碱性电池由锌和二氧化锰构成化学结构。这种类型电池的功率密度为 100 Wh/Kg。这种类型电池的应用可见于手电筒、各种遥控器、挂钟以及许多其他日常用品。

优点

• 循环寿命较短
• 泄漏几率低
• 尺寸小巧，效率高
• 内阻功率低，易于携带

缺点

• 比其他类型的电池贵，在区域市场上大多不常见。

结论

镍镉电池是另一种类型的可充电电池，由镍和镉组成。这些类型电池的标称电压从 1.2V 开始，功率密度为 60 Wh/Kg。这些电池主要用于遥控玩具、无绳电话以及太阳能灯。它具有标准尺寸和更高的功率密度。

常见问题

Q1. 原电池和蓄电池的区别是什么？

A1. 原电池具有更高的能量密度和内阻，尺寸更小、更轻。蓄电池具有较低的能量密度和内阻，设计复杂且重量较重。

Q2. 什么是工业电池？

A2. 工业电池需要重型服务质量，例如更高的电池备用时间和功率容量。在工业中，镍铁和湿式镍镉电池通常使用。

Q3. 什么是车辆电池？

A3. 车辆电池比工业电池版本更简单。铅酸电池通常用于车辆。

Q4. 什么是家用电池？

A4. 这些是最常见的电池类型，分为两种不同的类型：可充电电池和不可充电电池。它具有较短的循环寿命，成本低廉，并且具有更高的密度。