電池類型和電池容量
By hoppt
介紹
電池是在含有電解質溶液和金屬電極的杯子、罐子或其他容器或複合容器中產生電流的空間。 簡而言之，它是一種能將化學能轉換為電能的裝置。 它有一個正極和一個負極。 隨著科學技術的發展，電池作為產生電能的小型裝置被廣泛熟知，例如太陽能電池。 電池的技術參數主要包括電動勢、容量、比點、內阻等。 採用電池作為能源，可獲得電壓穩定、電流穩定的電流，可長期穩定供電，受外部影響較小。 此電池結構簡單，攜帶方便，充放電操作方便，不受氣候和溫度影響。 它性能穩定可靠，在現代社會生活的各個方面發揮著巨大的作用。
不同類型的電池
內容
介紹
- 電池歷史
- 工作原理
三、製程參數
3.1 電動勢
3.2 額定容量
3.3 額定電壓
3.4 開路電壓
3.5 內阻
3.6 阻抗
3.7 充放電倍率
3.8 使用壽命
3.9 自放電率
四、電池類型
4.1 電池尺寸表
4.2 電池標準
4.3 普通電池
五、術語
5.1 國家標準
5.2 電池常識
5.3 電池選擇
5.4 電池回收
- 電池歷史
1746年，荷蘭萊頓大學的梅森·布洛克發明了收集電荷的「萊頓罐」。 他看到難以管理的電力，但很快就消失在空氣中。 他想找省電的方法。 有一天，他舉著一個懸浮在空中的水桶，連接馬達和水桶，從水桶裡取出一根銅線，浸入裝滿水的玻璃瓶裡。 他的助手手裡拿著一個玻璃瓶，梅森·布洛克從側面搖晃著馬達。 這時，他的助手不小心碰到了槍管，頓時感到強烈的電擊，大叫起來。 梅森·布洛克隨後與助理溝通，讓助理搖晃馬達。 同時，他一手拿著水瓶，一手碰著槍。 該電池仍處於萌芽階段，Leiden Jarre。
1780年，義大利解剖學家路易吉·加里尼(Luigi Gallini)在進行青蛙解剖時，雙手拿著不同的金屬儀器，不小心觸碰到了青蛙的大腿。 青蛙腿上的肌肉立刻抽搐起來，就像觸電一樣。 如果只用金屬器具接觸青蛙，就不會出現這樣的反應。 格林認為，這種現象的發生是因為動物體內產生了電，稱為「生物電」。
電偶的發現引起了物理學家的極大興趣，他們競相重複青蛙實驗，尋找發電的方法。 義大利物理學家瓦爾特經過多次實驗後表示：「生物電」的概念是不正確的。 青蛙的肌肉之所以能發電，可能是因為有液體。 伏特將兩塊不同的金屬片浸入其他溶液中以證明他的觀點。
1799 年，伏特將一塊鋅板和一塊錫板浸入鹽水中，發現電流流經連接這兩種金屬的電線。 因此，他在鋅片和銀片之間放了很多浸過鹽水的軟布或紙。 當他用手觸碰兩端時，他感受到了強烈的電刺激。 事實證明，只要兩塊金屬板之一與溶液發生化學反應，就會在金屬板之間產生電流。
就這樣，Volt成功製造了世界上第一個電池“Volt Stack”，這是一種串聯電池組。 它成為早期電氣實驗和電報的電源。
1836年，英國的丹尼爾改良了「伏特反應器」。 他用稀硫酸作為電解液解決了電池的極化問題，並製作了第一個能保持電流平衡的非極化鋅銅電池。 但這些電池有一個問題： 電壓會隨著時間的推移而下降。
當電池使用一段時間後電壓下降時，可給予反向電流以升高電池電壓。 因為它可以為電池充電，所以可以重複使用它。
1860年，法國人喬治·勒克朗什也發明了電池的前身（碳鋅電池），在世界各地廣泛使用。 電極為負極伏特和鋅的混合電極。 負極與鋅電極混合，並將碳棒插入混合物中作為集流體。 兩個電極都浸入氯化銨（作為電解液）。 這就是所謂的「濕電池」。 這種電池便宜又簡單，所以直到1880年才被「乾電池」取代。負極被修改為鋅罐（電池外殼），電解液變成糊狀而不是液體。 這就是我們今天使用的碳鋅電池。
1887年，英國人赫爾森發明了最早的乾電池。 乾電池電解液呈膏狀，不洩漏，攜帶方便，因此得到了廣泛的應用。
1890年，湯瑪斯愛迪生發明了可充電鐵鎳電池。
- 工作原理
在化學電池中，化學能轉化為電能是由電池內部的自發化學反應（例如氧化還原）引起的。 此反應在兩個電極上進行。 有害電極活性材料包括活性金屬，例如鋅、鎘、鉛和氫或碳氫化合物。 正極活性物質包括二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳、其他金屬氧化物、氧或空氣、鹵素、鹽、含氧酸、鹽等。 電解質是具有良好離子傳導性的材料，如酸、鹼、鹽的水溶液，有機或無機非水溶液，熔融鹽，或固體電解質。
當外部電路斷開時，存在電位差（開路電壓）。 儘管如此，仍然沒有電流，而且它無法將電池中儲存的化學能轉化為電能。 當外電路閉合時，由於電解質中沒有自由電子，在兩個電極之間電位差的作用下，電流流過外電路。 它同時在電池內部流動。 電荷轉移伴隨著雙極活性材料和電解質——界面上的氧化或還原反應以及反應物和反應產物的遷移。 離子的遷移完成電解質中電荷的轉移。
電池內部通常的電荷轉移和傳質過程對於保證電能的標準輸出至關重要。 充電時，內部能量傳遞和質量傳遞過程的方向與放電相反。 電極反應必須是可逆的，以確保標準過程和質傳過程相反。 因此，形成電池需要可逆的電極反應。 當電極經過平衡電位時，電極將發生動態偏離。 這種現象稱為極化。 電流密度（通過單位電極面積的電流）越大，極化越多，這是電池能量損失的重要原因之一。
極化原因：註
① 電池各部分電阻所引起的極化稱為歐姆極化。
②電極-電解質界面層電荷轉移過程受阻所造成的極化稱為活化極化。
③電極-電解質界面層中由於傳質過程緩慢而引起的極化稱為濃差極化。 減少這種極化的方法是增加電極反應面積、降低電流密度、提高反應溫度、提高電極表面的催化活性。
三、製程參數
3.1 電動勢
電動勢是兩個電極的平衡電極電位差。 以鉛酸電池為例， E=Ф+0-Ф-0+RT/F*In (αH2SO4/αH2O).
E：電動勢
Ф+0：正標準電極電位，1.690 V。
Ф-0：標準負極電位，1.690 V。
R：一般氣體常數，8.314。
T：環境溫度。
F：法拉第常數，其值為96485。
αH2SO4：硫酸活度與硫酸濃度有關。
αH2O：與硫酸濃度相關的水活性。
從上式可以看出，鉛酸電池的標準電動勢為1.690-(-0.356)=2.046V，因此電池的標稱電壓為2V。 鉛酸蓄電池的電動勢與溫度和硫酸濃度有關。
3.2 額定容量
在設計規定的條件下（如溫度、放電倍率、端電壓等），電池應放電的最小容量（單位：安培/小時）以符號C表示。容量受放電率。 因此，放電倍率通常以字母C右下角的阿拉伯數字來表示。例如C20=50，表示50次倍率時容量為20安培/小時。 它根據電池反應配方中電極活性物質的量以及根據法拉第定律計算出的活性物質的電化學當量，可以準確地確定電池的理論容量。 由於電池中可能發生的副反應以及設計的獨特需要，電池的實際容量通常低於理論容量。
3.3 額定電壓
電池在室溫下的典型工作電壓，也稱為額定電壓。 供選擇不同類型電池時參考。 電池的實際工作電壓等於其他使用條件下正負極平衡電極電位差。 僅與活性電極材料的種類有關，與活性材料的含量無關。 電池電壓本質上是直流電壓。 但在某些特殊條件下，電極反應引起的金屬晶體或某些相形成的薄膜的相變會造成電壓的微小波動。 這種現象稱為噪音。 這種波動的幅度很小，但頻率範圍很廣，可以與電路中的自激雜訊區分開來。
3.4 開路電壓
電池在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓。 電池的開路電壓等於電池開路時（兩極無電流流過）時電池的正負極電位差。 電池的開路電壓以V表示，即V on=Ф+-Ф-，其中Ф+和Ф-分別為暴正電位和負電位。 電池的開路電壓通常小於其電動勢。 這是因為電池兩個電極處電解質溶液中形成的電極電位通常不是平衡電極電位而是穩定電極電位。 一般情況下，電池的開路電壓約等於暴風電動勢。
3.5 內阻
電池的內阻是指電流通過暴風雨時所經歷的電阻。 它包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻有電化學極化內阻和濃差極化內阻。 由於內阻的存在，電池的工作電壓始終小於暴電動勢或開路電壓。
由於活性物質的成分、電解液的濃度、溫度不斷變化，電池的內阻並不是恆定的。 在充電和放電過程中它會隨著時間的推移而變化。 內歐姆電阻遵循歐姆定律，極化內阻隨著電流密度的增加而增加，但不是線性的。
內阻是決定電池性能的重要指標。 它直接影響電池的工作電壓、電流、輸出能量、電池的功率，內阻越小越好。
3.6 阻抗
該電池具有相當大的電極-電解質界面面積，可以等效為一個簡單的大電容、小電阻、小電感的串聯電路。 然而，實際情況要複雜得多，特別是因為電池的阻抗隨著時間和直流電平的變化而變化，並且測量的阻抗僅對特定的測量狀態有效。
3.7 充放電倍率
它有兩種表達方式：時間速率和放大倍率。 時間倍率是以充放電時間表示的充放電速度。 該值等於電池的額定容量（A·h）除以預定的充放電電流（A）所得到的小時數。 放大倍率是時間比的倒數。 原電池的放電倍率是指以特定的固定電阻放電至端電壓所需的時間。 放電倍率對電池效能有顯著影響。
3.8 使用壽命
儲存壽命是指電池製造和使用之間允許儲存的最長時間。 包括儲存期間和使用期間的總期限稱為電池的有效期限。 電池壽命分為乾燥儲存壽命和濕儲存壽命。 循環壽命是指電池在規定條件下所能達到的最大充放電循環次數。 充放電循環測試系統必須在規定的循環壽命內指定，包括充放電倍率、放電深度和環境溫度範圍。
3.9 自放電率
電池在儲存期間損失容量的速率。 單位儲存時間自放電損失的功率以儲存前電池容量的百分比表示。
四、電池類型
4.1 電池尺寸表
電池分為一次性電池和充電電池。 一次性電池在其他國家和地區有不同的技術資源和標準。 因此，在國際組織制定標準模型之前，已經產生了許多模型。 這些電池型號大多由生產廠商或國家相關部門命名，形成不同的命名體系。 根據電池的大小，我國鹼性電池型號可分為1號、2號、5號、7號、8號、9號、NV； 對應的美式鹼性機種有D、C、AA、AAA、N、AAAA、PP3等。在中國，有些電池會採用美式命名方式。 根據IEC標準，完整的電池型號描述應包括化學成分、形狀、尺寸和有序排列。
1) AAAA型號比較少見。 標準AAAA（平頭）電池的高度為41.5±0.5毫米，直徑為8.1±0.2毫米。
2) AAA 電池較為常見。 標準AAA（平頭）電池的高度為43.6±0.5mm，直徑為10.1±0.2mm。
3) AA型電池是眾所周知的。 數位相機和電動玩具都使用 AA 電池。 標準AA（平頭）電池的高度為48.0±0.5mm，直徑為14.1±0.2mm。
4) 模型很少見。 此系列通常用作電池組中的電芯。 在老式相機中，幾乎所有的鎳鎘和鎳氫電池都是4/5A或4/5SC電池。 標準A（平頭）電池的高度為49.0±0.5毫米，直徑為16.8±0.2毫米。
5) SC 模型也不是標準的。 通常是電池組中的電芯。 在電動工具和相機以及進口設備上都可以看到它。 傳統SC（平頭）電池高度為42.0±0.5mm，直徑為22.1±0.2mm。
6) Type C相當於中國的2號電池。 標準C（平頭）電池的高度為49.5±0.5毫米，直徑為25.3±0.2毫米。
7) D型相當於中國一號電池。 廣泛應用於民用、軍用及特殊直流電源領域。 標準D（平頭）電池的高度為1±59.0mm，直徑為0.5±32.3mm。
8) N型號不共享。 標準N（平頭）電池的高度為28.5±0.5毫米，直徑為11.7±0.2毫米。
9) 電動輕便摩托車使用的F電池和新一代動力電池有取代免維護鉛酸電池的趨勢，通常採用鉛酸電池作為電芯。 標準F（平頭）電池高度為89.0±0.5毫米，直徑32.3±0.2毫米。
4.2 電池標準
A.國標電池
以電池 6-QAW-54a 為例。
六表示由6顆單體電池組成，每顆電池電壓為2V； 即額定電壓為12V。
Q表示電池的用途，Q為汽車啟動用電池，M為摩托車用電池，JC為船用電池，HK為航空用電池，D為電動車用電池，F為閥控用電池電池。
A、W表示電池類型：A表示乾電池，W表示免維護電池。 如果標記不清晰，則為標準類型電池。
54表示電池的額定容量為54Ah（充滿電的電池在常溫下以20小時的放電電流的倍率放電，電池輸出20小時）。
角標a代表原產品的第一次改進，角標b代表第二次改進，以此類推。
注意：
1) 型號後加D表示低溫啟動性能好，如6-QA-110D
2) 型號後加HD表示高抗振性。
3) 型號後加DF表示低溫反向加載，如6-QA-165DF
B.日本JIS標準電池
1979年，日本標準電池型號以日本N公司為代表，最後一個數字是電池倉的尺寸，以電池的大致額定容量表示，如NS40ZL：
N代表日本JIS標準。
S表示小型化； 即實際容量小於40Ah、36Ah。
Z表示在相同尺寸下具有更好的啟動放電性能。
L表示正極在左端，R表示正極在右端，如NS70R（註：從遠離電池極堆的方向看）
S表示極柱端子比同容量電池（NS60SL）厚。 （註：一般情況下，電池的正負極直徑不同，以免混淆電池極性。）
到1982年，以新標準執行日標電池型號，如38B20L（相當於NS40ZL）：
38表示電池的性能參數。 數字越高，電池可以儲存的能量越多。
B代表電池的寬度和高度代碼。 電池的寬度和高度的組合由八個字母（A 到 H）之一表示。 字元越接近H，電池的寬度和高度就越大。
20表示電池的長度約為XNUMX公分。
L代表正極端子的位置。 從電池的角度來看，正極端子在標示R的右端，正極端子在標示L的左端。
C.德國DIN標準電池
以544 34號電池為例：
第一個數字5表示電池的額定容量小於100Ah； 前六項建議電池容量在100Ah到200Ah之間； 前200位表示電池的額定容量在54434Ah以上。 據了解，44電池的額定容量為610Ah； 17 110MF電池額定容量為700Ah； 27 200電池的額定容量為XNUMX Ah。
容量後面的兩個數字表示電池組號。
MF代表免維護型。
D.美國BCI標準電池
以58430電池（12V 430A 80min）為例：
58代表電池尺寸組號。
430表示冷啟動電流為430A。
80min表示電池儲備容量為80min。
美標電池也可表示為78-600，78表示電池尺寸組數，600表示冷啟動電流為600A。
① 在這種情況下，引擎最重要的技術參數就是引擎啟動時的電流和溫度。 例如，機器的最低啟動溫度與引擎的啟動溫度和啟動點火的最低工作電壓有關。 7.2V電池充滿電後30秒內端電壓降至12V時電池所能提供的最小電流。 冷啟動額定值給出了總電流值。
② 儲備容量（RC）：當充電系統不工作時，透過夜間點燃電池並提供最小電路負載，汽車可以運行的大致時間，具體為：在25±2°C下，充滿電對於12V電池，恆流25a放電時，電瓶端電壓放電時間降至10.5±0.05V。
4.3 普通電池
1）乾電池
乾電池也稱為錳鋅電池。 所謂的乾電池是相對於伏打電池。 同時，錳鋅是指其原料相對於氧化銀電池、鎳鎘電池等其他材料而言。 錳鋅電池的電壓為1.5V。 乾電池消耗化學原料來發電。 電壓不高，產生的持續電流不能超過1A。
2）鉛酸電池
蓄電池是應用最廣泛的電池之一。 將硫酸裝滿玻璃罐或塑膠罐，然後插入兩塊鉛板，一塊連接到充電器的正極，另一塊連接到充電器的負極。 充電十幾個小時後，電池就形成了。 它的正極和負極之間有2伏特的電壓。 它的優點是可以重複使用。 另外，由於其內阻低，可以提供大電流。 當用於為汽車引擎提供動力時，瞬時電流可達20安培。 當電池充電時，電能被儲存，當電池放電時，化學能轉換為電能。
3）鋰電池
以鋰為負極的電池。 它是1960世紀XNUMX年代後發展出來的新型高能量電池。
鋰電池的優點是單體電池電壓高、比能量可觀、儲存壽命長（可達10年）、溫度表現好（可在-40至150℃使用）。 缺點是價格昂貴，安全性差。 此外，其電壓遲滯和安全性問題也有待改善。 動力電池和新型正極材料尤其是磷酸鐵鋰材料的發展，為鋰電池的發展做出了重大貢獻。
五、術語
5.1 國家標準
IEC（國際電工委員會）標準是由國家電工委員會組成的世界性標準化組織，旨在促進電氣電子領域的標準化。
鎳鎘電池國家標準 GB/T11013 U 1996 GB/T18289 U 2000。
鎳氫電池國家標準為GB/T15100 GB/T18288 U 2000。
鋰電池國家標準為GB/T10077 1998YD/T998； 1999年，GB/T18287U 2000。
此外，通用電池標準包括JIS C標準和三洋松下制定的電池標準。
一般電池產業都是以三洋或鬆下標準為基礎。
5.2 電池常識
1）正常充電
不同的電池有其特性。 用戶必須按照製造商的說明對電池進行充電，因為正確合理的充電將有助於延長電池的使用壽命。
2）快速充電
有些自動智慧、快速充電器只有在指示燈訊號變化時指示燈亮到90%。 充電器將自動切換到慢速充電以將電池充滿。 用戶使用前應先將電池充電； 否則，會縮短使用時間。
3）影響
如果電池是鎳鎘電池，如果長時間沒有充滿電或放電，就會在電池上留下痕跡，降低電池容量。 這種現象稱為電池記憶效應。
4）清除內存
放電後將電池充滿電，以消除電池記憶效應。 另外，依照說明書上的說明控制時間，重複充放兩三次。
5）電池存儲
可將鋰電池存放在乾淨、乾燥、通風的室內，環境溫度為-5℃至35℃，相對濕度不超過75%。 避免與腐蝕性物質接觸，遠離火種、熱源。 電池電量維持在額定容量的30%至50%，電池最好每六個月充電一次。
註：充電時間計算
1）充電電流小於或等於電池容量的5%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安培小時）×1.6÷充電電流（毫安培）
2）充電電流大於電池容量的5%且小於等於10%時：
充電時間（小時）=電池容量（mA小時）×1.5% ÷ 充電電流（mA）
3）充電電流大於電池容量的10%且小於等於15%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安培小時）×1.3÷充電電流（毫安培）
4）充電電流大於電池容量的15%且小於等於20%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安培小時）×1.2÷充電電流（毫安培）
5）充電電流超過電池容量的20%時：
充電時間（小時）=電池容量（毫安培小時）×1.1÷充電電流（毫安培）
5.3 電池選擇
購買品牌電池產品，因為這些產品的品質有保證。
根據用電器的要求，選擇合適的電池類型和尺寸。
注意檢查電池的生產日期和有效期限。
注意檢查電池的外觀，選擇包裝良好的電池，整潔、乾淨、無漏液的電池。
購買鹼性鋅錳電池時請注意鹼性或LR標誌。
由於電池中的汞對環境有害，應注意電池上寫有「無汞」和「0%汞」字樣，以保護環境。
5.4 電池回收
全球廢電池常用的處理方式有三種：固化掩埋、廢礦井儲存、回收。
固化後埋於廢礦井中
例如，法國一家工廠提取鎳和鎘，然後將鎳用於煉鋼，鎘則重新用於電池生產。 廢棄電池一般會運至專門的有毒有害掩埋場，但這種方法成本較高，而且造成土地浪費。 此外，許多有價值的材料都可以作為原料。
- 重用
（1）熱處理
(2)濕式加工
(3)真空熱處理
有關電池類型的常見問題。
- 世界上有多少種電池？
電池分為不可充電電池（一次電池）和可充電電池（二次電池）。
- 什麼類型的電池不能充電？
乾電池是一種不能充電的電池，也稱為主電池。 可充電電池又稱二次電池，可充電次數有限。 原電池或乾電池設計為使用一次然後丟棄。
- 為什麼電池被稱為AA和AAA？
但最顯著的差異是尺寸，因為電池因其尺寸和大小而被稱為 AA 和 AAA。 。 。 它只是給定尺寸和額定電壓的混亂的標識符。 AAA 電池比 AA 電池更小。
- 哪種電池最適合手機？
鋰聚合物電池
鋰聚合物電池具有良好的放電特性。 它們具有高效率、強大的功能和低自放電水平。 這意味著電池在不使用時不會過度放電。 另外，請閱讀 8 年 Root Android 智慧型手機的 2020 個好處！
- 最受歡迎的電池尺寸是多少？
常用電池尺寸
AA 電池。 AA 電池也稱為“Double-A”，是目前最受歡迎的電池尺寸。 。 。
AAA 電池。 AAA 電池也稱為“AAA”，是第二受歡迎的電池。 。 。
AAAA電池
C電池
D電池
9V電池
CR123A電池
23A電池
