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更新時間: 2013-08-02

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高能電池是具有較高比能量的電池。

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1基本概念

已投入使用和正在研製的高能電池有以下幾種。  
①以鎂作負極活性物質的鎂乾電池:其結構與鋅-錳乾電池基本相同。鎂的標準電極電勢比較低,電化學當量小,具備了作為高能電池負極活性物質的優良條件。例如鎂-錳乾電池的實際比能量是鋅-錳乾電池的4倍,工作時電壓平穩,在低溫下也具有較好的工作能力,並且能耐高溫貯存。其缺點是有電壓滯后現象(接通后需要經一段時間,電壓才能上升至終止電壓值),滯后時間約為2~3秒;由於腐蝕作用,鎂電極電流效率低;不宜於小電流長時間的間歇放電。  
②金屬-空氣電池:以空氣中的氧氣作為正極活性物質,金屬作為負極活性物質的電池(見電池)。  
③鋰-非水電解質溶液電池:鋰的電化學當量約為鎂的二分之一,因此作為高能電池的負極,鋰比鎂更優越。但鋰與水要激烈反應,須採用有機溶劑或非水的無機溶劑來配製電解質溶液,再加入無機鹽使之導電。使用的正極材料主要有固體氟化物、氯化物、氧化物、硫化物。這些電池的理論比能量大都在1000瓦時/千克以上。其實際比能量也比較高。例如鋰-氟化銅(Li/CuF2)電池在放電電流密度為2毫安/厘米2時, 實際比能量可達250瓦時/千克。由於有機電解質溶液的比電導小,電流密度不能提高,因此鋰-非水電解質溶液電池是一種高比能量、低功率的電池。而鋰-硫化物電池在重負荷下放電,特別當外部短路時還會發生爆炸。  
④鈉-硫電池:是近幾年研製出的比較成熟的一種二次電池。它的負極是熔融金屬鈉(Na);正極活性物質是熔融多硫化鈉(Na2Sx),通常充滿在多孔碳中,碳作為正極集流體。需採用導電陶瓷管將鈉與多硫化鈉隔開,以防直接反應而引起自放電。此外,陶瓷管還起電池中的電解質作用。電池放電時,負極上的反應為 2Na─→2Na++2e-Na+
通過導電陶瓷管進入正極與硫發生反應形成多硫化物。當負極的鈉耗盡的時候則放電終止。為使鈉和多硫化鈉都處於液態,放電需在300℃左右進行。鈉-硫電池的實際比能量已經達100瓦時/千克,充放電循環壽命可達2000個深放電循環,因此特別適於用作車輛的電力電池。
⑤鋰高溫電池:以鋰為負極,硫族(包括硫化物)和氯氣為正極活性物質,熔融鹽為電解質的電池。由於採用熔融鹽,電池在300~600℃間工作,因此鋰高溫電池與鈉-硫電池合稱為高溫電池。液態鋰電極經多次充放電循環后易失去濕潤性;硫在高溫下要揮發,並有腐蝕性;氯是氣體,難以處理。因此鋰高溫電池研製的方向將向以鋰合金為負極和以硫化物為正極的方向發展。如鋰鋁合金-硫化鐵電池,其電池反應為 4LiAl+FeS2─→2Li2S+Fe+4Al
它的理論比能量為650瓦時/千克;實際比能量到80年代已超過100瓦時/千克;充放電循環周期大於250次。新開始研製的還有鋰硅合金-硫化鐵電池,具有更高的比能量。  
正在研製中的高能電池主要有鋅-鹵素電池、鈉-水電池和鋰-水電池等。

3高能電池應用

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