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电池技术有哪些?
grepow | 2019-12-11 15:53:18    阅读:46   发布文章

电池技术的发展已经有三百多年,发展到今天,电池技术有早期的铅酸蓄电池到目前的锂电池技术、固态电池技术、核电池技术、胶体蓄电池技术、燃料电池技术等等。但目前比较成熟的电池技术主要是锂电池、铅酸电池和胶体电池技术。

 

1、蓄电池技术

蓄电池技术是最早被发明的,目前主要有铅酸蓄电池和胶体蓄电池两种,都属于比较笨重类的电池,目前市场上的电动自行车使用的电池大多数是铅酸蓄电池。

(1)铅酸蓄电池技术

 

铅蓄电池基础研究(包括正极、负极、板栅)

其它研究热点(比如起停和微混、轻型自行车等)

用于正极活性物质的纳米二氧化铅的电化学性能正极活性物质(PbO2)的微观结构及形貌对铅蓄电池的电化学性能有很大的影响。纳米二氧化铅有微球结构。

制备:方法很简单,即用十六烷基三甲基溴化铵作为结构导向剂。测试:测试铅蓄电池的薄正电极是将纳米二氧化铅微球涂在铅合金片上制成的。进行测试的电极的放电容量为101.8毫安克1(即活性物质利用率为45%),并显示出良好的循环寿命。

结论:特殊形式的二氧化铅形态对于放电性能的提升起到了至关重要的作用。

 

铅酸蓄电池负极板炭添加剂

 

炭添加剂对于减少负极板的硫酸盐化作用和提高循环性能以及充放电接受能力有显著的改善,无论是阀控密封式电池还是富液电池。

然而,其它的性质如高倍率充放电和水损失会因为炭添加剂的不同量的添加而性能降低。实验证明高倍率充放电性能降低和水损失是由于部分木素磺化盐吸附在活性炭表面。这将会限制负极活性物质的铅表面木素磺化盐的利用率。铅表面木素磺化盐的存在对于硫酸铅多孔层的形成起决定作用。当负极板的木素磺化盐的浓度被适当地调节,高速率放电性能和水的损失都可以恢复到可接受的水平。

铅酸蓄电池负极板的四碱式硫酸铅晶种

众所周知,调整活性物质的孔径和晶体大小可以改善正极板的性能。

这一原理也被应用到负极板来尝试调节孔径。

PENOX公司已经开发复合膨胀剂,混合TBLS+(专有的四元的硫酸铅种子),能够修饰孔径,提高充电接受值,并且冷启动电流没有任何损失。

 

复合板栅技术现有成果:高级电池板栅冲孔技术

一种新的制造工艺工业试验线已在OTA表面技术和设备制造中心(柏林)建立及实施。

已生产各种客户指定的合金条进行电池生产及测试。

测试电池循环的研究已经由电池制造商在全球范围内完成。

结果表明,增加的能量和功率密度,以及更长的电池寿命,均能够实现。

制造成本:复合板栅的制造成本与传统合金板栅差不多。

复合板栅技术能提高电池性能

一种新的生产铅蓄电池板栅的技术——包括多层复合材料。这种产品依据于连续电沉积的原理,在一条生产制造线上面连续进行指定金属层的电沉积。

此种技术的优点:相比传统的板栅合金,复合板栅材料每一个单独的层都可以目的性的选择,从而获得性能优异的板栅。如:增加强度的硬化层,中间的铜层可以有更好的导电性,由纯铅和锡层提高耐腐蚀性能。

广泛的电池实验测试表明其有强大的操作参数、严格选定材料的特性以及可以显著改善板栅的性能。

 

株治稀土合金中的锡、钙、铝等成分与天能铅钙合金相同,大批量生产电动汽车用电池和电动自行车用电池,100%深放电测试表明,株冶稀土合金所制造的电池循环寿命比天能铅钙合金的电池循环寿命平均要多80次以上。

 

2)胶体蓄电池技术

 

胶体电池原材料是由卤硅烷在氢氧焰中高温水解缩聚而制得的一种白色、无定形、无毒和无污染的无机纳米粉体材料,具有粒径小、比表面积大、表面活性高以及高纯度等特性。纳米硅纤维在胶体蓄电池中主要是利用其优异的增稠触变性能。其增稠触变机理是由于纳米硅纤维表面具有许多硅羟基(Si-OH),硅羟基与二氧化硅中的氧以氢键结合变成三维结构聚集体使介质粘度增加,有外力(剪切力、电场力等)时,三维结构就被破坏,介质变稀,外力一旦消失,三维结构会慢慢恢复,即这种触变性是可逆的。图1为纳米硅纤维增稠触变示意图。当电池被充电时,由于电解质中的硫酸浓度增加使之“增稠”并伴有裂隙产生,充电后期的“电解水”反应使正极产生的氧气通过这无数的裂隙被负极所吸收,并进一步还原成水从而实现蓄电池密封循环反应。放电时电解质中的硫酸浓度降低使之“变稀”,又但是由于纳米硅纤维表面硅羟基极其活跃,粒子表面羟基相互间在电池充放电过程中容易脱水,内部结构网络特别不稳定,在电池充放电循环中这些粒子聚集成团干裂,不能形成平衡稳定可逆的羟键网络,因此需要添加一些特殊的固体稳定剂等添加剂。

胶体电解液的主要成份为一种粒径近乎于纳来级的功能化合物,流变性较好,容易实施对铅蓄电池的配液灌装。胶体电解液进入蓄电池内部或充电若干小肘后,会逐渐发生胶凝,使液态电解质转态为胶状物,胶体中添加有多种表面活性剂,有助于灌装蓄电池前抗胶凝,而且有助于灌装蓄电池后防止极板硫酸盐化,减小对板栅的腐蚀,提高极板活性物质的反应利用率。

 

2锂电池技术

 

1)聚合物锂电池技术

真聚合物

聚合物锂离子电池LIP凝胶态聚合物锂离子电池多孔态聚合物锂离子电池干态聚合物锂离子电池

假聚合物

聚合物锂离子电池之液态软包装ALB;

 

正极材料

锂正极材料:主要有LiCoO2、LiNiO2和LilMnO22)聚合物正极材料:主要是杂环聚合物如聚础咯(Ppy)、聚噻吩(PTh)及其衍生物

负极材料

碳材料:要为天然石墨、焦碳和碳纤维等(2)基于氧化锡的负极材料:利用SnO、SiO2和少量的A1203、B203、P203等的混合物在氩气氛围下逐渐升温到1000℃或略高温度下加热12h,可制得含二价锡的混合氧化物。

电解质

最近的20年,离子传导性较高的高分子材料倍受关注。1973年,Wright等首次发现了聚氧乙烯(PEO)与碱金属盐配位具有离子导电性。1978年,Armand 提出PEO/碱金属盐配合物作为带有碱金属电极的新型可充电电池的离子导体,这一建议使得高分子固体电解质成为高分子研究领域20年来非常重要的方向。

 

聚合物电解质及隔膜研究进展:

高导电性与高强度聚合物电解质膜的研究;

纳米无机填料的应用研究,如纳米SiO2和TiO2等;

改性聚合物骨架的研究,以提高膜的室温电导率;

各种新型添加剂的研究,提高应用范围。

阻燃型聚合物电解质膜的开发

多元电解质盐复合应用的研究。

其它材料研究进展

各种添加剂研究,如电解液的成膜添加剂,改善安全性添加剂;改善电极导电性能的超级碳黑添加剂;改善膜结构与机械强度的填料等。

超级导电气相碳纤维材料的研究;

集流体的研究,如薄型化与网格分布优化等。

聚合物多孔隔膜的研究在国内正在起步

电解液与电极相容性的研究也是一个研究热点

 

3、核电池技术

 

直接转换核电池

直接转换核电池是基于辐射伏特效应,接触电衰变能转换为电能。

直接转换核电池分为P-N结核电池、接触电势差核电池、二次电子发射核电池和y核电池。

间接转换核电池

间接转换核电池是用两级换能方式将放射性同位素的衰变能转换为电能的一种电源装置。在这种电池中,首先粒子或粒子与辐射发光材料(磷光体)相互作用将其动能转换为光能,然后光能通过光伏换能器转换为电能。

 

4、燃料电池技术

燃料电池,是一种主要通过氧或其他氧化剂进行氧化还原反应,把燃料中的化学能转化成电能的电池。丰田燃料电池车上市脚步渐近,把燃料电池技术的应用再次带进人们的视野。

燃料电池有多种类型,但是它们都有相同的工作模式。它们主要由三个相邻区段组成:阳极、电解质和阴极。两个化学反应发生在三个不同区段的接口之间。两种反应的净结果是燃料的消耗、水或二氧化碳的产生,和电流的产生,可以直接用于电力设备。

燃料电池按燃料类型可分为直接型、间接型和再生型;按电解质种类又可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸盐型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

 

5、固态电池技术

 

固态电池技术主要是锂电池发展的一个技术方向。全固态锂电池,主要由薄膜负极,薄膜正极和固态电解质组成。薄膜物质可以有多种选择材质。


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