媒体大力宣传各种美妙的新电池,它们承诺续航时间长、充电只需几分钟、薄如纸片,并且终有一天能为电动汽车提供动力。虽然这些实验性电池能产生电压,但其缺点却鲜少被提及。典型的缺点包括负载容量低和循环寿命短。(参见BU-104c:八边形电池)
正如柠檬可以制成电池一样,海水也曾被尝试用作电解质,但产生的能量仅能短暂点亮白炽手电筒,随后腐蚀堆积就会导致电池无法使用。人们正在尝试多种化学工艺,利用不同金属发电,但只有少数有望超越当今的铅、镍和锂基系统。
媒体对此大肆炒作,部分原因可能是为了吸引风险投资家为研究项目提供资金。很少有产品的孵化期像电池这样漫长。尽管电池最初看起来光鲜亮丽且前景广阔,尤其是如果它承诺能为电动汽车提供动力的话,但投资公司开始意识到高昂的研发成本、不确定性以及在获得回报前漫长的孕育期。与此同时,大学继续发表关于电池突破的论文以维持政府资助,而私营公司则偶尔发表一两篇论文来安抚投资者并提升自身股价。
锌空气电池通过锌与空气中的氧气发生氧化反应来产生电能。该电池单元可产生1.65V电压;然而,1.4V及以下电压的电池单元寿命更长。要激活电池,用户需移除密封标签以使空气流通。电池在5秒内即可达到满工作电压。气流可在一定程度上控制反应速率,但一旦开启,电池便无法恢复到待机模式。贴上胶带阻止气流仅能减缓化学反应,电池很快就会变干。
锌空气电池与燃料电池(PEMFC)相似,均利用空气中的氧气为正极供能。它被视为一次电池,不过针对高功率应用的可充电版本也已尝试开发。充电过程是更换耗尽的锌电极,这些电极可以是锌电解质糊状物的形式。其他类型的锌空气电池则使用锌颗粒。
锌空气电池的能量密度高达300–400Wh/kg,但功率密度较低。其制造成本低廉,且在密封状态下,年自放电率仅为2%。该电池对高低温及高湿度环境较为敏感。污染也会影响其性能;高浓度二氧化碳会通过增加内阻来降低性能。典型应用包括助听器,而大型系统则用于远程铁路信号系统和建筑工地的安全照明。
纽扣电池中常见的小型银基电池通常被称为银氧化物电池,且不可充电;而容量更高的可充电版本则被称为银锌电池。两者均具有1.60伏的开路电压。由于银的成本较高,这类电池要么采用极小的尺寸,此时银的用量不会显著增加产品总成本;要么用于关键应用的大尺寸版本,此时其卓越的性能足以抵消成本考量。
原电池主要用于手表、助听器和内存备份;较大尺寸的可充电版本则应用于潜艇、导弹和航空航天领域。银锌电池还为需要更长续航时间的电视摄像机供电。高昂的成本和较短的使用寿命曾将银锌电池排除在商业市场之外,但随着性能的改进,它正迎来复兴的曙光。
原设计失败的主要原因是锌电极和隔膜的退化。循环过程中形成的锌枝晶刺穿隔膜,导致短路。此外,隔膜在氢氧化钾电解液中也会发生降解。这使得日历寿命仅约为2年。
锌电极和隔膜的改进有望带来更长的使用寿命,且比锂离子电池的能量密度高出40%。银锌电池安全无毒,不含重金属且可回收,但银的使用使其制造成本高昂。
可充电碱性电池曾作为一次性电池的替代品。尽管据说其制造成本与普通碱性电池相当,但消费者并未接受该产品。
为碱性电池充电并非新鲜事。普通碱性电池在家庭中已充电多年。若在充电前将碱性电池放电至50%以下,充电效果最佳。充电次数取决于放电深度,通常仅限于几次循环。出于安全考虑,电池制造商不支持这种做法;为普通碱性电池充电可能会产生氢气,从而导致爆炸。
这种可重复使用的碱性电池克服了部分缺陷,但循环次数有限及重复充电容量低仍是主要缺点。电池寿命与放电深度直接相关——在50%放电深度下可能提供50次循环,但多数用户会耗尽电量后才充电,包括发明者在内的制造商高估了用户提前充电的意愿。卡尔·科德施另一项局限是其400mA的低读档电流,仅能满足手电筒和个人娱乐设备需求。镍氢电池在AA和3A大作电池中,一次性碱性电池已基本取代了可充电碱性电池。
电话:153-1370-2523
美国邱健蓄电池集团总部