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电池的发展史是如何来的?

2021-11-25 14:52:15

(1)电池的发展史是如何来的?其实电池的发明可以追溯到1780年。意大利解剖学家加瓦尼解剖青蛙的时候发现的,尽管青蛙已经死了,但当两块金属片碰到青蛙的腿时,青蛙的腿会抽搐,感觉像电流一样流动。电流从哪里来?加瓦尼认为青蛙体内的电流应该是生物电。这一声明后来被否认。1799年,意大利物理学家沃尔塔再次研究了这个问题。他相信电流不是来自青蛙,而是来自两种不同的金属,它们会产生电流。后来,volt发明了volt堆栈。他把两种不同的金属,银和锌,用一块浸在盐水中的布一层一层地叠在一起。当你的手接触堆栈的两端时,你会感觉到你的手受到了震动。这是电池的原始原型。后来,在1836年,英国人丹尼尔发明了一种更现代的电池,即现在所谓的铜锌电池。丹尼尔往水槽里加了一些硫酸,然后把锌和铜板插进去。此时,如果电路连接到外部,如灯泡,电流将通过灯泡,灯泡将点亮。那么为什么会有这种影响呢?金属锌的化学性质特别活跃。在硫酸溶液中很容易失去电子。锌极上的金属锌失去两个电子,变成锌离子。锌离子被释放到溶液中,电子将通过外部电路流向另一极。溶液中的硫酸中含有氢离子。铜的一极会发生什么化学反应?两个氢离子加上两个电子变成氢并飞出。由于这种化学反应,电子不断流过外部电路,成为电流。这是丹尼尔电池,或铜锌主电池。以下是铜锌电池的工作原理。氯化钾代替硫酸用作盐桥。后来,人们觉得用硫酸不方便,所以他们用粘性电解液代替硫酸。现在我们使用干电池,它也使用一种糊状物质来代替电解液。为什么电流可以通过两种不同的金属流动?这在化学上称为金属,电极电位不同。

(2)后来,人们一直试图使用更好的金属。经过探索,人们逐渐爱上了锂。锂是元素周期表中的元素3。它的质量很轻。锂的质量是6个原子单位。它能释放电荷。相比之下,锌的质量是65个原子单位,它可以释放两个电荷并释放相同数量的电荷。锂要轻得多。锂的能量密度很高。在电池质量相同的情况下,它可以释放更多的能量。高能量密度是锂离子电池最重要的优点。事实上,早在100年前,爱迪生就发明了锂离子电池。由于锂的化学性质非常活跃,它很容易与其他物质发生反应。由于这个原因,锂离子电池自发明以来就一直隐藏在雪地里。它被搁置了100多年,直到1991年索尼推出18650块电池。玩模型飞机的朋友可能知道18650电池,它类似于5号电池。18650锂离子电池具有结构简单、性能稳定、成本低廉等优点,广泛应用于充电宝、笔记本电脑等领域。从那时起,人们开始重新研究锂离子电池。锂离子电池的基本原理是什么?锂离子电池是一种可充电电池。锂离子电池由四部分组成。第一部分是正极,第二部分是负极,第三部分是中间隔膜。这个膜片的作用是防止电子通过。第四部分是正负电极之间的电解液,它是一种糊状物质。那么,为什么这四个部件可以通电呢?首先,让我们谈谈充电过程。充电时,将正极和负极与外部电路连接。此时,您可以充电。在使用电池时,正极的锂原子会分解成电子和锂离子。电子沿着外部电路流向负极。锂离子通过电解液中的隔膜,也流向负极。在负极上,电子和锂离子再次相遇,然后变回锂原子。事实上,在充电过程中,正极的锂原子流向负极。锂原子在正极转变为离子和电子的过程称为脱嵌,锂离子在负极转变为锂原子的过程称为插入。接下来,我们来谈谈放电过程。为什么充电的电池会放电?充电的电池在负极上聚集了大量的锂原子。此时,我们连接一个外部电路。当没有外部电源刺激时,锂原子不能停留在负极上。它会分解成电子和锂离子。电子沿着外部电路流回正极,锂离子从电解溶液流回正极。这两个原子合并并再次成为锂原子。放电过程是锂原子从负极向正极运动的过程。锂原子在负极上的电离称为去插入,在负极上变成锂原子,称为嵌入。充电和放电的过程是锂原子在正负极来回摆动的过程,因此锂离子电池也称为摆动电池。理论上,锂原子不会在来回摆动的过程中丢失,但事实上,锂原子会在与电解质的反应中丢失。目前,人们对锂离子电池的研究主要集中在正负极材料上。我们知道纯锂不能被使用,但有些东西必须被用来装载锂原子。那么使用什么材料呢?现在人们基本上有了一个统一的观点,石墨被用作负极。石墨是一种层状结构,许多锂原子可以储存在层间。如果使用磷酸铁作为正极材料,这种电池就是磷酸铁锂离子电池。还有另一种用于正极的材料,称为三元材料,它现在也更为主流。三元材料是镍、钴、锰(或铝),镍可以提高电池的能量密度。镍越多,电池的能量密度越高。钴的用途是稳定电池。锰或铝被用作支撑材料,以降低电池的成本。当这三种材料按一定比例混合时,它们就成为三元材料


(3)那么磷酸铁锂和三元电池的特点是什么呢?我们可以看到,三元电池的能量密度大约是磷酸铁锂电池的两倍。三元电池在空间布局有限的乘用车中具有明显的优势。磷酸铁锂电池的低温性能较差,这就是为什么一些使用磷酸铁锂电池的手机在室外寒冷时会瞬间变为零,而三元电池具有良好的低温性能,在零下20度的温度下仍能保持85%以上的功率输出。但并非事事尽善尽美,三元电池的安全性也不如磷酸铁锂。磷酸铁锂的自燃温度为800℃,三元材料在200℃时开始熔化、自燃和爆炸。此外,磷酸铁锂在受到冲击或刺穿时不易爆炸。相反,三元材料电池容易爆炸。因此,磷酸铁锂电池的安全性更好。总之,哪种电池更好?没有最后的结论。例如,对于公交车,如果锂铁磷酸盐离子电池具有较高的安全要求和丰富的电池布置空间,则可以选择锂铁磷酸盐离子电池。出于安全原因,中国电动客车不允许使用三元材料。然而,对于空间要求高的乘用车,使用更多的三元材料,同时还应加强安全性。


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