介绍
这些设备将化学能转换成称为电池电能。他们生产电更有效地比其他能量转换设备,如内燃机。电池储存化学能的形式能转化为电能。相比之下,类似的装置称为燃料电池将燃料的化学能直接转换成可用的权力。
电池的大小范围从模型比硬币小单位,填补大房间。手表和助听器是典型的设备由微型电池。小型电池通常用于消费电子设备如收音机、音乐播放器、数码相机、手机、无绳电话、电子玩具、无线工具。更大的电池被用于汽车和飞机,例如,虽然非常大的电池安装备用能源供应,电话交换机等设备。
电池的工作原理
最简单的部分安排会产生电流称为细胞。电池结合两个或两个以上的细胞产生较高的电压或电流。(这也是常见的每个细胞称为“电池”。)
每个单元有两个电导体电极,它通常的金属碎片。当细胞不在使用,电极不联系对方,不产生电力。当细胞用于电力电子设备,电极的结束,或终端,通过电路连接在设备里。然后细胞产生电子,构成电流。电子从一个电极流向另一个。电极总是由不同的物质,其中一个吸引电子比另一种更强烈。的电极称为正极或负极吸引电子,因为它有一个积极的电荷。释放的电子称为阴极或阳极;它有一个负电荷。
细胞还包含一个导电物质,称为电解液,允许粒子从一个电极转移到另一个。在湿细胞电解质是一种液体。干电池不包含自由液体;相反,液体在吸收剂吸收材料或粘贴或凝胶。
几个细胞通常一起使用。连接细胞系列正极的电池的负极next-increases电压。连接在与正面电极连接到正面电极和电极- electrodes-raises当前或安培数。
电池主要或次要的。某些化学物质,其他两种变换。更改完成后,电池不再产生能量。主电池必须被取代。二次、或存储、电池可以更新,或者充电。直流电(DC)发送通过其他来源的化学电池恢复到原来的状态。主要包括电池锌-碳化和标准通常用于手电筒的碱性电池,遥控器,光盘播放器。一个汽车电池是一个二次电池。充电电池也用于产品,如手机、数码相机、手提电脑。
类型的电池
简单的伏打电池
Alessandro Volta,意大利教授在1800年发明了第一个电池。一个非常基本的细胞称为形式简单的伏打电池,在他的荣誉。它使用一个带或杆铜锌的阴极和阳极。硫酸电解液与水混合。当细胞不在使用中,分子的酸电解液分离,或分裂,到被称为离子的带电部分。在化学符号,这意味着硫酸电解液(H2所以4)水解成两个带正电的氢离子(2 h+硫酸)和一个带负电荷的离子(4=)。注意,硫酸盐离子双负电荷,由两个负号表示。铜电极可以启动电流流动就锌电极连接在细胞外。它可以这样做是因为比锌铜吸引电子更强烈。(另请参阅化学;电;电化学)。
通过电解液铜电极不能吸引电子,然而,由于电子有一个负的电荷硫酸盐离子。负电荷相互排斥,这将停止流动的电子。
一旦铜电极开始绘制电子通过外部连接,有助于保持当前的化学反应。每一个锌原子失去电子铜电极变成锌离子双正电荷(锌+ +)。硫酸盐离子迅速吸引锌离子进入溶液中,在那里他们将形成溶解硫酸锌(锌+ ++所以4=→ZnSO4)。
在行动开始前,硫酸和氢离子相互抵消的电解决方案。一旦氢离子(2 h+)是免费的,他们抓住电子铜电极,成为正常的氢原子(H),形成泡沫的气态氢(H2)。这允许铜电极吸引更多的电子,使电流。在这个过程中,酸和锌。使用时,电池就会失败。
丹聂耳电池
简单的伏打电池不能很长时间运作,因为泡沫的氢气收集在铜电极作为绝缘体,停止进一步的电子流。这种堵塞称为极化。英国化学家,1836年约翰•f•丹尼尔产生细胞不受极化。丹聂耳电池,铜电极形式细胞的外壳和包含一个硫酸铜溶液;锌电极浸在硫酸锌、硫酸的解决方案。一多孔杯两种解决方案。细胞产生的电流就像伏打,除了铜离子从硫酸铜抓住电子铜电极。这些离子沉积铜原子在电极。没有氢气气泡出现。
现代主要的电池
大约在1866年,法国化学家乔治Leclanche创建另一个细胞,防止两极分化。他使用碳和锌的正负电极,分别和氯化铵溶液为电解质(通常称为氯化铵)。尽管这种组合释放氢,混合的气体吸收碳粒和二氧化锰的细胞。
今天的锌-碳化干电池使用基本相同的材料。电解液主要是氯化铵,阴极是二氧化锰混合形成碳棒。锌合金的阳极是一片,形成一个杯子里面的其他材料。上面是密封的。钢套细胞包围着。称为锌氯细胞的变化,使用氯化锌作为电解液,能电力设备较长时间了。
碱性电池有更高的能力操作设备,消耗能量高,他们也有较长的保质期。正如它们的名字所表明的,他们使用碱性溶液,氢氧化钾之一,作为电解液。最常见的家庭碱性电池的阳极粉锌和二氧化锰的阴极。
另一类使用锂电池的阳极。锂电池是轻量级的,有一个非常高的能量输出,表现良好在设备消耗功率激增(如相机)或连续,并且有很长的保质期。然而,他们制造的需求使他们更昂贵的比其他电池。
二次电池
铅酸蓄电池
中更常用的蓄电池充电铅酸类型用于汽车。第一个这样的电池被设计在1859年由一个法国物理学家。12伏电池常用的汽车有6个2伏电池串联连接。稀硫酸电解液。每个电极的连接板。板块薄两组之间的分隔符由木头、玻璃或塑料,不进入化学反应。分隔符是多孔电解质可以绕流板。
每个板块都有一个框架,或网格,由硬质合金铅和锑。新的积极的网格板充满了二氧化铅(PbO2)。负极板包含海绵状金属铅。二氧化铅强烈吸引电子比金属铅,开始绘制当前外部电路时关闭。这使得铅离子(Pb+ +在负极板)。这些离子吸引硫酸盐离子(这样4=)的解决方案,使硫酸铅(PbSO4在负极板)。这使得免费的解决方案两个氢离子(2 h+为每个硫酸盐离子撤销)。氧离子释放的二氧化铅加入氢离子,形成水分子(H2O)。这一行动让阳极板清楚画电流。
由于没有极化,电池工作只要任何酸留给提供硫酸离子和直到每个板包含硫酸铅。一旦达到这个条件,可以充电电池通过它发送直流电(DC)相反。这改变的硫酸铅板回二氧化铅和海绵状铅和还原酸的解决方案。
其他可充电电池
镍镉可充电电池在1917年首次大规模使用帮助光在巴黎地铁。这种电池现在常用的在消费电子、生物医学设备和飞机。他们提供优秀的高放电条件下的性能,可以充电上百次。细胞氢氧化镍阴极,阳极镉和氢氧化钾溶液作为电解液。在消费电子产品中使用的密封类型的细胞,都聚集在一个钢容器的元素。镍镉电池持续时间更长,如果他们表现更好再次充电前完全放电。否则,他们可能会表现出一种所谓的记忆效应,他们表现得好像他们有能力较低。
可充电镍氢电池,使用金属合金阳极,不受记忆效应。他们还指控之间的持续时间更长,但是他们不能多次充电。许多电动和油电混合动力汽车使用镍氢电池。其他一些模型使用锂离子电池,它轻和提供更多的能量。锂离子电池也用在一些手机和手提电脑。
专用电池
专用电池通常是专门设计的,fabricated-often在相当大的成本特定用途。远程无人值守,山顶气象预报站,例如,可能其无线电发射机电池能够承受极端的温度。空间卫星使用专用电池达到极高的可靠性标准,因为他们无法轻易取代了发射后。
