2006年6月第26卷第3期
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郧阳师范高等专科学校学报Journal of Y unyang T eachers Co llege Jun. 2006V ol. 26No. 3
化学电源的发展及应用
焦元红
(黄石理工学院师范学院, 湖北
黄石
435003)
[摘 要]综述了化学电源发展的基础、化学电源的种类、发展过程及在电器、电力、电讯、尖端科技等方面的应用, 并指出了它的美好前景和发展方向. [关键词]化学电源; 电器; 绿色产品; 绿色电池
[中图分类号]O646 [文献标识码]A [文章编号]1008 6072(2006) 03 0026 03
随着信息技术的发展, 通讯技术产品开发的日新月异, 高能化学电源成为电子产品的原动力. 化学电源即化学电池, 通称电池. 早在远古时代, 就有了类似今天的电池装置, 但人们公认的第一个电池还是Vo lta 在1800年利用不同金属与电解质接触所构成的 V otal 堆 , 电池技术取得实质性进展始于19世纪. 1860年, 法国人Plante 首次发明了实用的铅蓄电池, 并于1882年商品化, 这种电池至今仍是蓄电池的主导产品之一; 1868年, 法国工程师Gleclanche 发明了采用N H 4Cl 水溶液作电解质溶液的锌/二氧化锰电池, 而成为当今使用最广泛的锌锰电池的雏形(又称lecclanche) , 这种电池于1888年商品化; 19世纪末20世纪初, 镉镍、铁镍等碱性蓄电池系列相继问世; 20世纪90年代, 电子技术、移动通讯事业的进步推动了电池产业和技术的高速发展, 金属氢化物镍电池、锂离子等新型蓄电池系列不断商品化. 电动车的发展促进了锌空气、锌镍、燃料等系列取得突破性进展[1]. 随着科学技术的不断进步, 新的电池系列越来越多. 因而, 化学电源是一门古老而又年轻的科学[2].
池的微型化. 90年代随着移动电话的出现出现了高能量密度锂离子电池以及M H/N i 电池的商品化. 同样, 电池随着航空航天的要求使以往设想的燃料电池达到实用化. 1. 2 电池的进步, 很大程度上取决于材料的进展
碱锰电池的兴起, 得益于电解二氧化锰, 这的确是为了电池的需要引起的. 但M H /N i 电池的兴起, 吸氢材料的研究开始并非为了电池的需要. 锂离子电池的开发有赖于碳素的研究, 而导电聚合物材料的研究有可能改变固态电解质电池的面貌[3].
1. 3 电池的需用量是受使用电池器具的消费量所左右
90年代的4C 工业(计算机、移动电话、摄像机以及无绳工具) 的普及, 日常生活对电池的需要已到了须臾不可分离的地步. 据报道, 世界人口年均电池消耗量已达6~8只, 而发达国家的年人均消费量超过20只. 因此电池的发展必须能赶上电器用具的发展. 形状或方或圆, 厚度或薄或厚, 功率密度与能量密度或高或低, 体积或大或小, 质量或轻或重, 用途可军可民, 温度适应或高或低, 承受冲击力可大可小, 总之在20世纪的标准化有可能向非标准化迈进.
1 化学电源发展的基础
从历史发展来看, 化学电源是依赖于汽车、电器、电力、电讯的发展而发展, 随着社会的进步, 人们生活水平的提高, 电器产品及电讯工具和人们密不可分, 因而为电器的发展奠定了基础.
1. 1 电池随社会的需求而出现, 随着科技的进步而发展
电池虽然经历了两个世纪, 然而在20世纪前几十年, 电池理论和技术还处于停滞时期, 直到上个世纪50年代, 家庭电器化特别是半导体收音机的出现才带动了干电池的发展. 60年代半导体的普及, 促进了纸板电池的发展. 70年代L ED 、L CD 和CM OSIC 计算机的出现, 促进了电
y [收稿日期]
2 化学电源的种类
2. 1 锌-二氧化锰电池
锌-二氧化锰电池(简称锌锰电池) 采用二氧化锰作正极, 锌作负极, 氯化铵和氯化锌的水溶液作电解质溶液, 面糊粉或浆层纸作隔离层. 锌锰电池的电解质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其他载体上, 而成不流动状态, 所以又称 干电池 . 锌锰电池常按用电器具的要求制成圆柱形和方形; 按使用隔离层的区别分为糊式电池和纸板电池(包括铵型纸板电池和锌型纸板电池). 锌锰电池适合小电
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y 作者简介]焦元红(1971-) , 女, 湖北赤壁人, 黄石理工学院师范学院讲师, 主要从事有机化学教学与研究. [
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焦元红:化学电源的发展及应用
流间歇放电, 如收音机、手电筒等, 是历史最悠久的电池产品[4]. 目前, 该产品仍然是民用电池的主导产品之一.
碱性锌-二氧化锰是20世纪中期在锌锰电池的基础上发展起来的, 是锌锰电池的改进型. 它采用活性高的专用电解二氧化锰作正极活性物质, 氢氧化钾水溶液作电解质溶液, 锌膏作负极, 电池采用反极结构, 使电化学反应面积成倍增长, 大电流连续放电, 其容量是普通锌锰电池的5倍左右.
碱性锌锰电池分为一次碱性锌锰电池和可充碱性锌锰电池, 该电池也可根据用电器具的需要制成圆柱形和纽扣型. 20世纪90年代初, 碱性锌锰电池无汞化技术的突破和可充电的实现, 使该产品的竞争力进一步加强, 在20-30年之内, 有着不可完全取代的原电池地位. 目前, 南孚 、 双鹿 、 白象 等品牌达到国际标准, 生产速率最高200只/min(美国、日本已达300只/min 以上) 2. 2 铅蓄电池
铅蓄电池具有价格低廉, 原料易得, 使用可靠, 又可大电流放电等优点, 因此, 一直是化学电源中产量大、应用广的产品. 由正极板、负极板、电解液、隔板和容器(电解槽) 等5个部分组成. 采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、烧结式聚氯乙稀、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板. 按用途可分为起动用、牵引用、铁路客车用、内燃机车用、船舶用、航空用、潜艇用、鱼雷用、坦克用等种类; 接极板结构可分为涂膏式、管式和形成式等; 按荷电状态等可分为干放电态、干荷电态、湿荷电态和免维护等; 按电池的外形结构可分为开口式、阀控密闭式、防酸隔爆式和消氢式等
[6]
[5]
的焦点, 我国稀土资源十分丰富, 开发我国无污染的 绿色电池 大有前途[7].
上述两种电池按封口的方法可分为开口式、密封式、全密封式; 按照电极的制作分为袋式、粘结式、烧结式和泡沫式等. 2. 4 锂电池
以金属锂或锂的化合物作活性物质的电池通称锂电池. 锂电池有卷式圆柱形、电芯式圆柱形、扣式和矩形等多种结构, 可分为一次锂电池和二次锂电池, 一次锂电池通常以金属锂作负极, 采用的电解质溶液都为非水电解质溶液, 在有机溶剂中加入无机盐使之导电. 一次锂电池存在安全性较差、功率低、成本高等不足. 一般用于小电流放电的微型电器, 如电子手表、计算器、电子照相机.
锂离子电池是在锂电池基础上发展起来的新型电池. 该电池用能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极, LiCo O 2、L iN iO 2、L iM n 2O 4等作正极, 混和电解液如L iP F 6的碳酸乙酯/碳酸甲乙酯溶液等作电解质溶液, 既保持了高电压、高容量的优点, 又具有比能量大、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应等特点, 已广泛应用于手机、便携式视听设备、笔记本电脑等高档电器中, 是目前最具有发展前途的小型二次电池[8].
锂聚合物电池是采用固态聚合物作电解质的锂离子电池, 具有比能量大、超薄、超轻、柔软等特性, 可实现电池的自由切割, 又能以大电流放电. 可用于通讯、便携式电子设备、电动车、军事、航天、航海设备[9], 随着该电池一些技术问题的解决, 其应用范围将更加广泛, 发展前景将更加广阔.
2. 5 锌银电池
以锌作负极活性物质、A gO /A g 2O 作正极活性物质的电池称为锌银电池. 锌银电池亦分为一次锌银电池和锌银蓄电池两类. 锌银一次电池适用于小电流连续放电的微型器具, 广泛用于电子手表、照相机、微型电子仪器等小型电子器具. 锌银蓄电池主要用于军事、国防、尖端科技领域[10], 如卫星电源、航天起动电源、导弹用电源、鱼雷动力电源[11]、军用歼击机随航应急电源等.
.
. 该电池具有工作电压高、
高倍率放电性能和高低温性能好、无记忆效应等优点, 但其比能量较低, 废弃电池对环境污染严重, 随着各种新系列蓄电池的不断问世, 其应用领域将不断减少. 2. 3 镍镉电池金属氢化物镍电池
镉镍电池是1898年瑞典科学家Jungner 发明, 已有100年历史. 它的负极是金属镉(Cd) , 正极是二氧化镍(NiO 2) , 电解液是氢氧化钾(KOH) 溶液. 镉镍电池的性能特点:电池结构紧凑, 耐冲击振动, 自放电小, 性能稳定, 可大电流放电, 循环寿命长, 使用温度范围-20~65 . 但电流效率及能量效率欠佳, 活性物质利用率较低, 有记忆效应.
为了解决金属镉对环境的污染问题, 人们找到了一种可替代金属镉的气态氢化物, 制成氢化物镍电池. 该电池是镉镍电池的换代产品, 是以金属氢化物作负极, 氧化镍作正极的碱性蓄电池. 它具有以下特点:比能量高, 是Cd -N i 电池的1. 5~2倍; 工作电压为1. 2~3V, 与Cd-N i 电池有互换性; 可快速充放电, 耐过充、过放性能优良, 无记忆效应, 贮氢材料来源广泛; 不产生镉污染, 被誉为 绿色电池 . 开发 绿色电池 已越来越成为电池产企业关注
3 化学电源发展的方向
3. 1 未来小型电池的前景十分乐观
据有关统计2003年美国人均年耗电池21只, 日本人均16只, 欧洲为11只, 我国仅为6只, 而美洲3只不到. 随着科技日益发展, 对生活水平提高, 将有多种形式的电器开拓而进入千家万户, 这将促进小型电池的大量发展, 人均将增加0. 5~4只不等, 即需增产电池数十亿只, 电池前景十分乐观.
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3. 2 大型电池和中型电池的前景十分诱人
由于人类环境意识的增强及石油的短缺, 未来的汽车势必采用电动汽车. 当前汽车所用的电池, 其用途只作为起动、点火、照明, 需用量已在2亿只以上. 如作为汽车动力用途, 至少每辆车用8只以上, 将形成供不应求的局面, 前景十分诱人[12].
3. 3 增强意识 向绿色产品看齐
当前, 全球环境问题日益严峻, 珍惜资源与爱护环境蔚然成风, 绿色化学已经成为国际化学研究的前沿. 电池行业也与时俱进, 向绿色产品看齐. 主要的成就是:锌锰电池中去汞、代汞获得了成功, 把曾经一度广泛使用的Zn/Hg O 电池基本停止了生产; 尽管Cd/Ni 电池的技术不断成熟, 却开发了取代它的M H /N i 电池; 随后出现的燃料电池和锂离子电池有望成为绿色电池的佼佼者[13]. 同样, 开发新电源也必须以 绿色 为准绳, 这是发展的必然趋势. 3. 4 加强研究
开辟活性材料的新途径
低档产品. 而电器在不断地改进, 要求高性能和多规格的电池相配备, 这既是压力也是动力, 电池行业必须在质量等方面下功夫, 促进产品的更新换代, 加强经营管理, 才能与D ur acell 、Ex ide 、Y uasa 、Cathano de 等公司相竞争, 创世界名牌, 电池行业才会有希望.
总之, 由于电子技术、通讯事业、信息产业的飞速发展及国际上对环境和资源保护的日益重视, 促使化学电源产品向高容量、高性能、低消耗、无公害、体积小和重量轻的方向发展. 小型二次高能电池朝着这个方向飞速前进, 将成为21世纪世界科技中一颗璀璨的明珠.
[参考文献]
[1]王金良, 马扣祥. 化学电源科普知识[J ]. 电池工业, 2000, (4) . [2]夏熙. 中国化学电源五十年(1) -锌/二氧化锰[J ]. 电池, 1999, (5) .
[3]夏熙. 迈向21世纪的化学电源[J ]. 电池, 2000, (3) .
[4]王金良, 马扣祥. 化学电源科普知识[J]. 电池工业, 2000, (5) . [5]王毓明, 王坚. 高能电池 当代化学电源[J ]. 大学化学, 2000, (5) .
[6]肖晓军, 高剑南. 几种发展中的化学电源简介[J]. 知识介绍, 1999, (7) .
[7]张继元. 我国化学电源工业发展的方向[J ]. 电池工业, 1996, (1) .
[8]曹云平. 锂离子蓄电池的进展[J]. 化工纵横, 2000, (11) . [9]游清治. 锂在高新技术领域中的应用及进展[J ]. 新疆有色金属, 2003, (4) .
[10]汪继强. 化学电源技术发展和展望[J ]. 电源技术, 1994, (5) . [11]碚华, 夏天. 鱼雷动力电池研究进展[J ]. 鱼雷技术, 2005, (2) .
[12]张继元. 我国化学电源工业发展的方向[J]. 电池工业, 1996, (1) .
[13]熊玮, 闫慧忠, 赵增祺, 孔繁清. 稀土材料在绿色化学电源中的应用进展[J]. 稀土, 2003, (4) .
[14]张曦, 顾志忙, 陶映初. 铝化学电源研究进展[J]. 现代化工, 1998, (10) .
[15]夏熙. 纳米微粒作为电池活性材料的前景[J ]. 电池, 1998, (6) .
化学电源工业所需的有色金属和重金属, 如锌、镍、镉、铅、银等资源均不丰富, 随着工业腾飞之后, 势必造成供不应求. 电池行业必须打开思路, 寻找新途径. 以往M H/N i 电池取代Cd/N i 电池不仅实现了电池的绿色化, 而且也充分利用了我国的稀土资源, 解决了镉不足等问题. 同样, 铝是地壳中最丰富的金属元素, 也是金属中最廉价的, 而且有较高的安时容量(298A h/g) , 由于其它原因, 但对铝的研究未能商品化
[14]
. 因此, 对铝的化学电源的研
究开发, 蕴含诱人的前景与挑战.
自然资源总是有限的, 而合成材料的潜力是无限的. 今后可有意识地运用分子设计的思想, 把导电聚合物材料、固体电解质合成纳入分子工程的对象. 导电材料如聚苯胺, 聚吡咯, 聚噻吩等一系列合成材料开为先河, 而分子剪裁将可满足在一定条件下作为正负极活性材料而出现. 此外, 纳米微粒作为电池正负极材料的可能性是存在的, 催化性质已被证实, 越来越多的研究显现了它的特性. 如果纳米材料在电池中得到实用, 电池的性能有可能达到一个新的高度
[15]
.
3. 5 提高质量创世界名牌电池
我国是电池大国, 但并不是电池强国, 电池产品多为
编校:胡军福
Development and Application of Chemical Power
(N or mal Schoo l, H uang shi Inst itute of T echno lo gy , H uang shi 435003, China)
Abstract:T he paper, has summa rized the categ or ies and the develo pment processes of chemical pow er and its appl-i
catio n in t he field of elect rical equipment, electr ical pow er, teleco mmunicatio ns and some adv anced techno log ies, and po inted o ut the cheer ful pro spects and dev elopment direction o f chemical po wer.
Key words:chemical po wer ; elect rical equipment; gr een pro ducts; g reen cell
JIA O Yuan-hong
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郧阳师范高等专科学校学报Journal of Y unyang T eachers Co llege Jun. 2006V ol. 26No. 3
化学电源的发展及应用
焦元红
(黄石理工学院师范学院, 湖北
黄石
435003)
[摘 要]综述了化学电源发展的基础、化学电源的种类、发展过程及在电器、电力、电讯、尖端科技等方面的应用, 并指出了它的美好前景和发展方向. [关键词]化学电源; 电器; 绿色产品; 绿色电池
[中图分类号]O646 [文献标识码]A [文章编号]1008 6072(2006) 03 0026 03
随着信息技术的发展, 通讯技术产品开发的日新月异, 高能化学电源成为电子产品的原动力. 化学电源即化学电池, 通称电池. 早在远古时代, 就有了类似今天的电池装置, 但人们公认的第一个电池还是Vo lta 在1800年利用不同金属与电解质接触所构成的 V otal 堆 , 电池技术取得实质性进展始于19世纪. 1860年, 法国人Plante 首次发明了实用的铅蓄电池, 并于1882年商品化, 这种电池至今仍是蓄电池的主导产品之一; 1868年, 法国工程师Gleclanche 发明了采用N H 4Cl 水溶液作电解质溶液的锌/二氧化锰电池, 而成为当今使用最广泛的锌锰电池的雏形(又称lecclanche) , 这种电池于1888年商品化; 19世纪末20世纪初, 镉镍、铁镍等碱性蓄电池系列相继问世; 20世纪90年代, 电子技术、移动通讯事业的进步推动了电池产业和技术的高速发展, 金属氢化物镍电池、锂离子等新型蓄电池系列不断商品化. 电动车的发展促进了锌空气、锌镍、燃料等系列取得突破性进展[1]. 随着科学技术的不断进步, 新的电池系列越来越多. 因而, 化学电源是一门古老而又年轻的科学[2].
池的微型化. 90年代随着移动电话的出现出现了高能量密度锂离子电池以及M H/N i 电池的商品化. 同样, 电池随着航空航天的要求使以往设想的燃料电池达到实用化. 1. 2 电池的进步, 很大程度上取决于材料的进展
碱锰电池的兴起, 得益于电解二氧化锰, 这的确是为了电池的需要引起的. 但M H /N i 电池的兴起, 吸氢材料的研究开始并非为了电池的需要. 锂离子电池的开发有赖于碳素的研究, 而导电聚合物材料的研究有可能改变固态电解质电池的面貌[3].
1. 3 电池的需用量是受使用电池器具的消费量所左右
90年代的4C 工业(计算机、移动电话、摄像机以及无绳工具) 的普及, 日常生活对电池的需要已到了须臾不可分离的地步. 据报道, 世界人口年均电池消耗量已达6~8只, 而发达国家的年人均消费量超过20只. 因此电池的发展必须能赶上电器用具的发展. 形状或方或圆, 厚度或薄或厚, 功率密度与能量密度或高或低, 体积或大或小, 质量或轻或重, 用途可军可民, 温度适应或高或低, 承受冲击力可大可小, 总之在20世纪的标准化有可能向非标准化迈进.
1 化学电源发展的基础
从历史发展来看, 化学电源是依赖于汽车、电器、电力、电讯的发展而发展, 随着社会的进步, 人们生活水平的提高, 电器产品及电讯工具和人们密不可分, 因而为电器的发展奠定了基础.
1. 1 电池随社会的需求而出现, 随着科技的进步而发展
电池虽然经历了两个世纪, 然而在20世纪前几十年, 电池理论和技术还处于停滞时期, 直到上个世纪50年代, 家庭电器化特别是半导体收音机的出现才带动了干电池的发展. 60年代半导体的普及, 促进了纸板电池的发展. 70年代L ED 、L CD 和CM OSIC 计算机的出现, 促进了电
y [收稿日期]
2 化学电源的种类
2. 1 锌-二氧化锰电池
锌-二氧化锰电池(简称锌锰电池) 采用二氧化锰作正极, 锌作负极, 氯化铵和氯化锌的水溶液作电解质溶液, 面糊粉或浆层纸作隔离层. 锌锰电池的电解质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其他载体上, 而成不流动状态, 所以又称 干电池 . 锌锰电池常按用电器具的要求制成圆柱形和方形; 按使用隔离层的区别分为糊式电池和纸板电池(包括铵型纸板电池和锌型纸板电池). 锌锰电池适合小电
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y 作者简介]焦元红(1971-) , 女, 湖北赤壁人, 黄石理工学院师范学院讲师, 主要从事有机化学教学与研究. [
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焦元红:化学电源的发展及应用
流间歇放电, 如收音机、手电筒等, 是历史最悠久的电池产品[4]. 目前, 该产品仍然是民用电池的主导产品之一.
碱性锌-二氧化锰是20世纪中期在锌锰电池的基础上发展起来的, 是锌锰电池的改进型. 它采用活性高的专用电解二氧化锰作正极活性物质, 氢氧化钾水溶液作电解质溶液, 锌膏作负极, 电池采用反极结构, 使电化学反应面积成倍增长, 大电流连续放电, 其容量是普通锌锰电池的5倍左右.
碱性锌锰电池分为一次碱性锌锰电池和可充碱性锌锰电池, 该电池也可根据用电器具的需要制成圆柱形和纽扣型. 20世纪90年代初, 碱性锌锰电池无汞化技术的突破和可充电的实现, 使该产品的竞争力进一步加强, 在20-30年之内, 有着不可完全取代的原电池地位. 目前, 南孚 、 双鹿 、 白象 等品牌达到国际标准, 生产速率最高200只/min(美国、日本已达300只/min 以上) 2. 2 铅蓄电池
铅蓄电池具有价格低廉, 原料易得, 使用可靠, 又可大电流放电等优点, 因此, 一直是化学电源中产量大、应用广的产品. 由正极板、负极板、电解液、隔板和容器(电解槽) 等5个部分组成. 采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、烧结式聚氯乙稀、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板. 按用途可分为起动用、牵引用、铁路客车用、内燃机车用、船舶用、航空用、潜艇用、鱼雷用、坦克用等种类; 接极板结构可分为涂膏式、管式和形成式等; 按荷电状态等可分为干放电态、干荷电态、湿荷电态和免维护等; 按电池的外形结构可分为开口式、阀控密闭式、防酸隔爆式和消氢式等
[6]
[5]
的焦点, 我国稀土资源十分丰富, 开发我国无污染的 绿色电池 大有前途[7].
上述两种电池按封口的方法可分为开口式、密封式、全密封式; 按照电极的制作分为袋式、粘结式、烧结式和泡沫式等. 2. 4 锂电池
以金属锂或锂的化合物作活性物质的电池通称锂电池. 锂电池有卷式圆柱形、电芯式圆柱形、扣式和矩形等多种结构, 可分为一次锂电池和二次锂电池, 一次锂电池通常以金属锂作负极, 采用的电解质溶液都为非水电解质溶液, 在有机溶剂中加入无机盐使之导电. 一次锂电池存在安全性较差、功率低、成本高等不足. 一般用于小电流放电的微型电器, 如电子手表、计算器、电子照相机.
锂离子电池是在锂电池基础上发展起来的新型电池. 该电池用能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极, LiCo O 2、L iN iO 2、L iM n 2O 4等作正极, 混和电解液如L iP F 6的碳酸乙酯/碳酸甲乙酯溶液等作电解质溶液, 既保持了高电压、高容量的优点, 又具有比能量大、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应等特点, 已广泛应用于手机、便携式视听设备、笔记本电脑等高档电器中, 是目前最具有发展前途的小型二次电池[8].
锂聚合物电池是采用固态聚合物作电解质的锂离子电池, 具有比能量大、超薄、超轻、柔软等特性, 可实现电池的自由切割, 又能以大电流放电. 可用于通讯、便携式电子设备、电动车、军事、航天、航海设备[9], 随着该电池一些技术问题的解决, 其应用范围将更加广泛, 发展前景将更加广阔.
2. 5 锌银电池
以锌作负极活性物质、A gO /A g 2O 作正极活性物质的电池称为锌银电池. 锌银电池亦分为一次锌银电池和锌银蓄电池两类. 锌银一次电池适用于小电流连续放电的微型器具, 广泛用于电子手表、照相机、微型电子仪器等小型电子器具. 锌银蓄电池主要用于军事、国防、尖端科技领域[10], 如卫星电源、航天起动电源、导弹用电源、鱼雷动力电源[11]、军用歼击机随航应急电源等.
.
. 该电池具有工作电压高、
高倍率放电性能和高低温性能好、无记忆效应等优点, 但其比能量较低, 废弃电池对环境污染严重, 随着各种新系列蓄电池的不断问世, 其应用领域将不断减少. 2. 3 镍镉电池金属氢化物镍电池
镉镍电池是1898年瑞典科学家Jungner 发明, 已有100年历史. 它的负极是金属镉(Cd) , 正极是二氧化镍(NiO 2) , 电解液是氢氧化钾(KOH) 溶液. 镉镍电池的性能特点:电池结构紧凑, 耐冲击振动, 自放电小, 性能稳定, 可大电流放电, 循环寿命长, 使用温度范围-20~65 . 但电流效率及能量效率欠佳, 活性物质利用率较低, 有记忆效应.
为了解决金属镉对环境的污染问题, 人们找到了一种可替代金属镉的气态氢化物, 制成氢化物镍电池. 该电池是镉镍电池的换代产品, 是以金属氢化物作负极, 氧化镍作正极的碱性蓄电池. 它具有以下特点:比能量高, 是Cd -N i 电池的1. 5~2倍; 工作电压为1. 2~3V, 与Cd-N i 电池有互换性; 可快速充放电, 耐过充、过放性能优良, 无记忆效应, 贮氢材料来源广泛; 不产生镉污染, 被誉为 绿色电池 . 开发 绿色电池 已越来越成为电池产企业关注
3 化学电源发展的方向
3. 1 未来小型电池的前景十分乐观
据有关统计2003年美国人均年耗电池21只, 日本人均16只, 欧洲为11只, 我国仅为6只, 而美洲3只不到. 随着科技日益发展, 对生活水平提高, 将有多种形式的电器开拓而进入千家万户, 这将促进小型电池的大量发展, 人均将增加0. 5~4只不等, 即需增产电池数十亿只, 电池前景十分乐观.
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3. 2 大型电池和中型电池的前景十分诱人
由于人类环境意识的增强及石油的短缺, 未来的汽车势必采用电动汽车. 当前汽车所用的电池, 其用途只作为起动、点火、照明, 需用量已在2亿只以上. 如作为汽车动力用途, 至少每辆车用8只以上, 将形成供不应求的局面, 前景十分诱人[12].
3. 3 增强意识 向绿色产品看齐
当前, 全球环境问题日益严峻, 珍惜资源与爱护环境蔚然成风, 绿色化学已经成为国际化学研究的前沿. 电池行业也与时俱进, 向绿色产品看齐. 主要的成就是:锌锰电池中去汞、代汞获得了成功, 把曾经一度广泛使用的Zn/Hg O 电池基本停止了生产; 尽管Cd/Ni 电池的技术不断成熟, 却开发了取代它的M H /N i 电池; 随后出现的燃料电池和锂离子电池有望成为绿色电池的佼佼者[13]. 同样, 开发新电源也必须以 绿色 为准绳, 这是发展的必然趋势. 3. 4 加强研究
开辟活性材料的新途径
低档产品. 而电器在不断地改进, 要求高性能和多规格的电池相配备, 这既是压力也是动力, 电池行业必须在质量等方面下功夫, 促进产品的更新换代, 加强经营管理, 才能与D ur acell 、Ex ide 、Y uasa 、Cathano de 等公司相竞争, 创世界名牌, 电池行业才会有希望.
总之, 由于电子技术、通讯事业、信息产业的飞速发展及国际上对环境和资源保护的日益重视, 促使化学电源产品向高容量、高性能、低消耗、无公害、体积小和重量轻的方向发展. 小型二次高能电池朝着这个方向飞速前进, 将成为21世纪世界科技中一颗璀璨的明珠.
[参考文献]
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化学电源工业所需的有色金属和重金属, 如锌、镍、镉、铅、银等资源均不丰富, 随着工业腾飞之后, 势必造成供不应求. 电池行业必须打开思路, 寻找新途径. 以往M H/N i 电池取代Cd/N i 电池不仅实现了电池的绿色化, 而且也充分利用了我国的稀土资源, 解决了镉不足等问题. 同样, 铝是地壳中最丰富的金属元素, 也是金属中最廉价的, 而且有较高的安时容量(298A h/g) , 由于其它原因, 但对铝的研究未能商品化
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. 因此, 对铝的化学电源的研
究开发, 蕴含诱人的前景与挑战.
自然资源总是有限的, 而合成材料的潜力是无限的. 今后可有意识地运用分子设计的思想, 把导电聚合物材料、固体电解质合成纳入分子工程的对象. 导电材料如聚苯胺, 聚吡咯, 聚噻吩等一系列合成材料开为先河, 而分子剪裁将可满足在一定条件下作为正负极活性材料而出现. 此外, 纳米微粒作为电池正负极材料的可能性是存在的, 催化性质已被证实, 越来越多的研究显现了它的特性. 如果纳米材料在电池中得到实用, 电池的性能有可能达到一个新的高度
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3. 5 提高质量创世界名牌电池
我国是电池大国, 但并不是电池强国, 电池产品多为
编校:胡军福
Development and Application of Chemical Power
(N or mal Schoo l, H uang shi Inst itute of T echno lo gy , H uang shi 435003, China)
Abstract:T he paper, has summa rized the categ or ies and the develo pment processes of chemical pow er and its appl-i
catio n in t he field of elect rical equipment, electr ical pow er, teleco mmunicatio ns and some adv anced techno log ies, and po inted o ut the cheer ful pro spects and dev elopment direction o f chemical po wer.
Key words:chemical po wer ; elect rical equipment; gr een pro ducts; g reen cell
JIA O Yuan-hong
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