現(xiàn)在,市場流行的鋰離子蓄電池(LIB)是以犧牲電池性能獲取性和使用壽命的折衷方案,其電化學(xué)反應(yīng)如下:
LIB是由涂有LiCoO2活性物質(zhì)的鋁集電體作為正極、碳(石墨或活性碳)和溶解有LiPF6的有機溶液構(gòu)成的。當(dāng)充電時,LiCoO2中分層結(jié)構(gòu)里L(fēng)i離子游向負(fù)極被分層結(jié)構(gòu)的碳所吸附;當(dāng)放電時,碳分層結(jié)構(gòu)里吸附的鋰離子又回游到正極,于是正極復(fù)原成LiCoO2分層結(jié)構(gòu),負(fù)極也復(fù)原成碳分層結(jié)構(gòu)。也就是說,該蓄電池在周而復(fù)始的充放電過程中,出現(xiàn)的只是鋰離子而不是活潑的鋰金屬。因此,LIB具備較好的性和可使用的壽命。
LIB的主要特點是具有較高的重量能量密度,平穩(wěn)的放電電壓為3.6 V,可在-20℃~60℃的溫度范圍內(nèi)工作,無存儲效應(yīng),自放電率低(因而不能大電放逐電)。為了地使用LIB,要求具備嚴(yán)防過充電和過放電的保護設(shè)施。
各種蓄電池比較
上述NiCd、NiMH和LIB蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)機制不同,各個蓄電池的特點也不盡相同。為了便于比較,需要用到評價蓄電池性能的標(biāo)準(zhǔn)或者是參數(shù)。通常使用的評價參數(shù),如像平衡放電時的蓄電池端電壓Vdc、再充電次數(shù)(Recharges)或者充放電周期個數(shù)、價格比率(Price Ratio)、能量密度(細(xì)分為重量能量密度和體積能量密度)和功率密度等,都是用定量的數(shù)值表示的。例如,NiCd和NiMH的Vdc=1.2V,而LIB的Vdc高達(dá)3.6V。當(dāng)需要3.6V供電電壓時,人們都寧愿用1塊LIB而不用3塊NiCd(或NiMH)蓄電池串聯(lián)供電。這一實例說明,利用定量的參數(shù)可對各種蓄電池進行橫向比較,便于選擇應(yīng)用。
除此之外,蓄電池的性和是否具有記憶效應(yīng)等,也是影響蓄電池廣泛應(yīng)用的重要因素,值得留意。
根據(jù)以上所述,可把現(xiàn)在常用的電能轉(zhuǎn)換器件和電能儲存器件的各種參數(shù)列于表1,以便用戶選擇。其中,Wh/kg是蓄電池的重量能量密度,表示每kg蓄電池能提供出的Wh(瓦小時)電能;Wh/Liter是蓄電池的體積能量密度,表示每公升(Liter)蓄電池能提供出的Wh電能;W/kg表示蓄電池的功率密度,表示每kg蓄電池能提供出的瓦數(shù)(W),即電功率;Price Ratio是蓄電池之間的價格比率,表示各種蓄電池的相對價格。
從表1中能夠清楚地看到,NiCd、NiMH、LIB和雙電荷層電容器都各有短長,各項參數(shù)都十全十美的器件,目前市場上還未出現(xiàn)。因此,蓄電池器件的選用,必須結(jié)合具體應(yīng)用實際加以選擇,公道搭配使用。
蓄電池的應(yīng)用
NiCd蓄電池嚴(yán)重的題目是其廢棄物對環(huán)境造成嚴(yán)重污染,危及人類健康。由于在歐美和日本已建立回收再利用機制,環(huán)境污染題目也基本上獲得解決。至于NiCd蓄電池存儲(記憶)效應(yīng),只要使用時牢記,一定要使它充分放電后再進行充電就可避免;否則,假如NiCd蓄電池在放電很淺的情況下就又充電,它就會記憶住放電深度,用未幾久就又需要充電。