锂离子电池和氢燃料电池

动力电池分类及使用情况

一、铅酸电池

它是目前电动汽车使用最为广泛的电池，据不完全统计，在已经生产的电动汽车上，使用铅酸蓄电池的比例占到90%，这主要得益于它的众多优点：发展历史悠久，技术较为成熟，比功率较大，循环寿命也可达800~1000次左右，且成本较低。不过，铅酸电池比能量却很低，仅为40W·h/kg左右，快速充电技术也尚未成熟(一般慢充都在8小时以上)，而且污染严重。

二、锂离子电池

它的比能量和比功率都很高，可分别达150W·h/kg和1600W/kg，循环寿命长，约为1200次，而且充电时间较短，为2~4h，使用电压可达到4V，使用安全性也相对较好。但是锂离子电池价格较高，快充放电性能差，存在过充、放电保护问题，影响了锂电池的进一步应用和发展。

三、镍氢电池

镍氢电池目前主要应用于混合电动车，但性能不能满足目前纯电动汽车和插电式混合动力汽车的需求，此类电动车需200公里以上的行驶里程，是镍氢电池提供的纯电动里程的10倍。虽然燃料电池的性能很好，但是技术难度大。

按工作性质和储存方式可将电池分为4类：

（1）一次电池,一次电池也称原电池，是指放电后不能用充电方法使它恢复到放电前状态的一类电池。即一次电池只能使用一次。常见的一次电池有锌锰电池、锌银电池、锂二氧化锰电池等。

（2）二次电池,二次电池也称蓄电池，电池放电后可用充电方法使活性物质恢复到放电以前状态，从而能够再次放电，充放电过程能重复。常见的二次电池有镍镉电池，铅酸电池、金属氰化物镍电池、锂离子电池等。

（3）储备电池,储备电池也称激活电池，在储存期间，电解质和电极活性物质分离或电解质处于惰性状态，使用前注入电解质或通过其他方式使电池激活，电池立即开始工作。常见的储备电池有锌银电池、热电池、镁氯化铜电池等。

（4）燃料电池,燃料电池也称为连续电池，电池中的电极材料是惰性的，是活性物质进行电化学反应的场所，而正、负极活性物质分别储存在电池体外，当活性物质连续不断地注入电池时，电池就能不断地输出电能。常见的燃料电池有质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池等。

1.锌锰电池

锌二氧化锰电池（简称锌锰电池） 又称（勒兰社）电池，是法国科学家勒兰社于1868年发明的由锌（Zn）作负极，炭棒为正极，电解质溶液采用二氧化锰（MnO2），中性氯化铵（NH4Cl）、氯化锌（ZnCl2）的水溶液，面淀粉或浆层纸作隔离层制成的电池称锌锰电池，由于其电解质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其它载体上而呈现不流动状态，故又称锌锰干电池。按使用隔离层区分为糊式和板式电池两种，板式又按电解质液不同分铵型和锌型电池纸板电池两种。

干电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周围由内向外依次是A：二氧化锰粉末（黑色）------用于吸收在正极上生成的氢气（以防止产生极化现象）；B：用饱和了氯化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。

电极反应式为：

负极（锌筒）：Zn +– 2e- === Zn2+

正极（石墨）：2NH4+ +2e- === 2NH3 ↑+ H2↑ H2O + 2MnO2

+ 2e- === 2MnOOH+ 2OH-

总反应：Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 === Zn(NH3)2Cl2↙+2MnOOH

电压：大约为1.5V，不能充电再生。

2.碱性锌锰电池

20世纪中期在锌锰电池基础上发展起来的，是锌锰电池的改进型。电池使用氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）的水溶液做电解质液，采用了与锌锰电池相反的负极结构，负极在内为膏状胶体，用铜钉做集流体，正极在外，活性物质和导电材料压成环状与电池外壳连接，正、负极用专用隔膜隔开制成的电池。

3.铅酸蓄电池

1859年法国普兰特发现，由正极板、负极板、电解液、隔板、容器（电池槽）等5个基本部分组成。用二氧化铅作正极活性物质，铅作负极活性物质，硫酸作电解液，微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板制成的电池。铅蓄电池可放电也可以充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳（防止酸液的泄漏）；设有多层电极板，其中正极板上有一层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属铅，正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板隔开（以防止电极之间发生短路）；两极均浸入到硫酸溶液中。放电时为原电池，其电极反应为:

氢燃料电池的工作原理及应用前景

一、工作原理

氢燃料电池（HydrogenFuelCell）是将氢气和氧气的

化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的

逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩

散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴

极。

以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，其工作原理如

下：

(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；

(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个

氢质子，并释放出2个电子，阳极反应为：

H2→2H++2e。

(3)在电池的另一端，氧气（或空气）通过管道或导气

板到达阴极，在阴极催化剂的作用下，氧分子和氢离子与通

过外电路到达阴极的电子发生反应生成水，阴极反应为：

1/2O2+2H++2e→H2O

总的化学反应为：H2+1/2O2＝H2O

电子在外电路形成直流电。因此，只要源源不断地向燃

料电池阳极和阴极供给氢气和氧气，就可以向外电路的负载连续地输出电能。

二、特点

1、无污染

燃料电池对环境无污染。它是通过电化学反应，而不是

采用燃烧(汽、柴油)或储能(蓄电池)方式--最典型的传统后

备电源方案。燃烧会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污

染物。如上所述，燃料电池只会产生水和热。如果氢是通过

可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等)，整个循环就

是彻底的不产生有害物质排放的过程。

2、无噪声

燃料电池运行安静，噪声大约只有55dB，相当于人们正

常交谈的水平。这使得燃料电池适合于室内安装，或是在室

外对噪声有限制的地方。

3、高效率

燃料电池的发电效率可以达到50%以上，这是由燃料电

池的转换性质决定的，直接将化学能转换为电能，不需要经

过热能和机械能(发电机)的中间变换。

氢是世界上最多的元素，氢气来源极其广泛并且是可再

生资源，所以用氢气作为“燃料”似乎最合适不过。

由于燃料电池是化学能直接转换为电能，相比内燃机的

燃烧作用不会产生大量废气与废热，转化效率更可超过50%

（内燃机转化效率为10%），排放物也只有水，也不会对环境温度造成影响。

锂离子电池

一、电池

从1799年伏打发明了伏打电池(Volta cell)至今，化学电源已有200多年的发展历史。1859年普兰特( Plante)发明的铅酸蓄电池，是世界上第一个可充电的电池;1895年琼格(hunger)发明了镍镉蓄电池。由于镉的毒性和镍镉电池的记忆效应，被随之发展起来的镍氢电池（MH-Ni）部分取代。在200余年的发展过程中，科学家们研究过多种不同的电池，但能够真正在生活中使用的电池只有一小部分。随着人们对电池结构、制作工艺和电极材料等方面的改进，化学电源得到了长足的发展，新型电池推出换代从以前的几十年达到现在的十几年甚至几年一代的速度。锂离子电池的研究始于1990年日本研制成出以石油焦为负极，以钻酸锂为正极的锂离子电池;同年日本Sony和加拿大Modi两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池，宣布了锂离子二次电池工业化的开始。

1.什么叫电池？

电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。

目前的电池通常分为两类:一次电池或原电池;二次电池或蓄电池。前者基本上只能放电一次，放电结束后，不能再使用。后者则是放电结束后，可以进行充电，然后又可以进行放电，反复使用多次。 2.一次电池与二次电池的区别？

一次电池是指只能进行一次的完全放电的电池；二次电池则是可反复充放电循环使用，放电时通过化学反应可以产生电能，通以反向电流(充电)时则可使体系回复到原来状态，即将电能以化学能形式重新储存起来，电极体积和结构之间发生可逆变化。

一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般二次电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低。一次电池价格便宜，使用过程轻松无须维护，寿命终了时输出能力不会陡然下降。但是放电电压特性较软因其内阻相对较大,也导致其输出大电流的能力不及二次电池，用掉即扔却不环保,单只价廉常用却不及用蓄电池经济。可充电电池的优点是使用寿命长，它们有些可充放电1000多次，即使价格比一次电池要贵，但从长期使用的观点来看，则很经济实惠，而且可充电电池的负荷力要比绝大部分一次电池高。