原电池和充电电池
来源：美国VMAX蓄电池 发布时间：2023-05-12 09:07:08 浏览次数:
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电池被定义为一种电化学装置，可以通过氧化还原反应将化学能转化为电能，从而起到电化学电源的作用。 但是，它不是一种永恒的力量源泉。 只有在有足够的活性材料来维持产生能量的反应时，电池才会供电。 一旦电池的电压水平达到系统化学定义的某个较低水平，反应就必须逆转，即电池必须接受直流电。 这种向已放电的电池提供与放电相反方向的直流电以逆转放电反应的行为称为“充电”。
这将从放电产物中再生原始活性材料，并将电池电压增加到更高的值，这同样由系统的化学性质决定。 本声明适用于称为二次电池或蓄电池的电池。 它与原电池无关，例如用于手电筒和手表的原电池。 放电期间电池电压的降低是由于活性材料的耗尽和其他几个原因造成的。
一个独立的电池单元称为“电芯”。 电池是以多种不同方式连接的两个或多个电池的组合，以达到设计的电压和容量额定值或总千瓦时额定值。 最常见的是，单体电池用于汽车和小容量阀控铅酸电池 ( VRLA ) 和管状电池（高达 12V/200 Ah）；超出此容量的单个电池用于通过将它们串联或串并联排列组合来获得所需的 kWh 额定值。
一个额定48V/1500Ah（或72kWh）的铅酸蓄电池可以有24个2V/1500Ah容量的电芯以简单的串联方式连接或48个2V/750Ah容量的电芯以串并联方式连接。 即 24 节电池串联以制成 48V/750Ah（或 36 kWh）电池。 另一个这样的 48V/750 电池将与第一个并联，使其成为 48V/1500 Ah (72 kWh) 电池。
另一个来自锂离子 (Li-ion)电动汽车 (EV) 电池的示例：
根据电池组的大小，电动汽车制造商特斯拉每个电池组使用大约 6,000-8,000 个电池，每个电池的容量为 3.6V/3.1 至 3.4 Ah，以构建 70 或 90 kWh 的电池组。
根据电池组的大小，电动汽车制造商特斯拉每个电池组使用大约 6,000-8,000 个电池，每个电池的容量为 3.6V/3.1 至 3.4 Ah，以构建 70 或 90 kWh 的电池组。
70 kWh Tesla EV 电池使用约6000 节18650 NCA 电池，电压为3.7 V/3.4 Ah，以复杂的串并联方式连接。 每次充电可行驶325公里。 （这里的数字 18650 指的是一种特定类型的锂离子电池，其长度（或高度）大约为 65 毫米，直径为 18 毫米。 术语“NCA”代表该电池中使用的阴极材料，例如，N = 镍、C = 钴和 A = 铝，即镍钴铝氧化物阴极材料）
90kWh 电池组有 16 个模块中的 7,616 个电池。 重量为540公斤。 每次充电可行驶426公里。
90kWh 电池组有 16 个模块中的 7,616 个电池。 重量为540公斤。 每次充电可行驶426公里。
电池芯的组成：
电池最重要的组成部分是：
一个。 阳极（负极板）
湾 阴极（正极板）
C。 电解质（在铅酸电池中，电解质也是一种活性材料，但在大多数其他系统中并非如此）
以上三者称为活性成分
当然，还有一些非活动组件，例如
一个。 罐
湾 电流收集网格
C。 母线或连接器带
d. 分离器
e. 单元间连接器
F。 接线柱等
一个。 阳极（负极板）
湾 阴极（正极板）
C。 电解质（在铅酸电池中，电解质也是一种活性材料，但在大多数其他系统中并非如此）
以上三者称为活性成分
当然，还有一些非活动组件，例如
一个。 罐
湾 电流收集网格
C。 母线或连接器带
d. 分离器
e. 单元间连接器
F。 接线柱等
在铅酸电池中，电解质（稀硫酸）确实参与了产生能量的反应，从下面给出的电池反应可以看出。 硫酸被消耗以将二氧化铅转化为硫酸铅，因此随着放电反应的进行，电解液的密度降低。 相反，当电池充电时，电解质的密度随着充电反应的进行而升高。 原因是放电过程中被两种活性物质吸收的硫酸根离子在电解液中释放出来，因此电解液的密度增加。
放电和充电反应
原电池或电池组的反应特定于系统或化学：
以铅酸电池为例：
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4放电 ↔ 充电 2PbSO 4 + 2H 2 O E° = 2.04 V
在镍镉电池中
Cd + 2NiOOH + 2H 2 O 放电 ↔ 充电 Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2 E° = 1.32 V
在 Zn-Cl 2电池中：
Zn + Cl 2放电 ↔ 充电 ZnCl 2 E° = 2.12 V
在丹尼尔单元格中（这是一个初级单元格；这里注意没有可逆箭头）
Zn + Cu 2+放电 ↔ 充电 Zn 2+ + Cu(s) E° = 1.1 V
原电池或电池组的反应特定于系统或化学：
以铅酸电池为例：
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4放电 ↔ 充电 2PbSO 4 + 2H 2 O E° = 2.04 V
在镍镉电池中
Cd + 2NiOOH + 2H 2 O 放电 ↔ 充电 Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2 E° = 1.32 V
在 Zn-Cl 2电池中：
Zn + Cl 2放电 ↔ 充电 ZnCl 2 E° = 2.12 V
在丹尼尔单元格中（这是一个初级单元格；这里注意没有可逆箭头）
Zn + Cu 2+放电 ↔ 充电 Zn 2+ + Cu(s) E° = 1.1 V
均衡充电电压：更多关于电池充电
如上所述，蓄电池不是常年电源。 一旦用完，就必须重新充电才能再次获得电力。 预计电池具有一定的使用寿命，称为预期寿命。 为获得设计寿命和可靠性，蓄电池应按照制造商提供的说明进行适当的充电和维护。 应使用适当的充电方法来尽可能延长电池寿命。
铅酸电池中的反应：
放电时：PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O
只有在电池中存在一定数量的导电材料时，才会进行放电；此后电压下降速度很快，很快就会达到终止电压。 所以存在所谓的截止电压或终止电压，超过该电压不应继续放电。 进一步放电会使再充电变得困难，并可能导致意想不到的灾难性后果。
电池在放电后应立即按照制造商推荐的速率或按照制造商提供的说明进行充电。
放电时：PbO 2 + Pb + 2H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O
只有在电池中存在一定数量的导电材料时，才会进行放电；此后电压下降速度很快，很快就会达到终止电压。 所以存在所谓的截止电压或终止电压，超过该电压不应继续放电。 进一步放电会使再充电变得困难，并可能导致意想不到的灾难性后果。
电池在放电后应立即按照制造商推荐的速率或按照制造商提供的说明进行充电。
电池内部的放电和充电反应过程中会发生什么？
电解质：2H 2 SO 4 = 2H + + 2HSO 4‾
负极板：Pb° = Pb 2+ HSO 4 + 2e
Pb 2+ + HSO 4‾ = PbSO 4 ↓ + H +
⇑ ⇓
正极板：PbO 2 = Pb 4+ + 2O 2-
铅4+ + 2e = 铅2+
Pb 2+ + 3H + + HSO 4‾ +2O 2- =PbSO 4 ¯ ↓+ 2H 2 O
硫酸是一种强电解质，它被分解为氢离子和硫酸氢根离子（也称为硫酸氢根离子）。
电解质：2H 2 SO 4 = 2H + + 2HSO 4‾
负极板：Pb° = Pb 2+ HSO 4 + 2e
Pb 2+ + HSO 4‾ = PbSO 4 ↓ + H +
⇑ ⇓
正极板：PbO 2 = Pb 4+ + 2O 2-
铅4+ + 2e = 铅2+
Pb 2+ + 3H + + HSO 4‾ +2O 2- =PbSO 4 ¯ ↓+ 2H 2 O
硫酸是一种强电解质，它被分解为氢离子和硫酸氢根离子（也称为硫酸氢根离子）。
开始放电时，负极板中的多孔铅会被氧化成铅离子 (Pb2+)，并且由于它始终与电解液硫酸接触，因此会转化为硫酸铅 (PbSO4)；后者作为白色物质沉积在负极板的孔隙、表面和裂缝上。 前者（铅变成铅离子）本质上是电化学反应，而后者（铅离子变成硫酸铅）是化学反应。
我们说铅在反应位点附近溶解为铅离子，并在与负极活性材料 (NAM) 上的电解质中的硫酸氢根离子结合后立即以硫酸铅的形式沉积。 这种类型的反应在电化学中称为溶解-沉积或溶解-沉淀机制。
类似地，正极活性材料 (PAM) 与来自 NAM 的电子结合并变成铅离子，铅离子与电解质中的硫酸氢根离子结合并按照相同的溶解-沉积机制在正极活性材料上沉积为硫酸铅。
类似地，正极活性材料 (PAM) 与来自 NAM 的电子结合并变成铅离子，铅离子与电解质中的硫酸氢根离子结合并按照相同的溶解-沉积机制在正极活性材料上沉积为硫酸铅。
充电期间：2PbSO4 + 2H2O 充电→ PbO2 + Pb + 2H2SO4
正负极板上放电过程中获得的反应产物在充电过程中转化回原始材料。 此处，反应与放电反应具有相反的名称。 正极板发生氧化，而相反极性的板发生还原。
正负极板上放电过程中获得的反应产物在充电过程中转化回原始材料。 此处，反应与放电反应具有相反的名称。 正极板发生氧化，而相反极性的板发生还原。