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2014年12月23日,美国麻省理工大学(MIT)取得了电池技术的突破性成果,其新研发出来的"无负极电池"或将颠覆沉寂了20多年的传统锂电池行业,并有望在未来1-2年内投入使用,使得智能手机变得薄如卡片,手机待机时间和电动车续航里程翻翻,而且电池价格变得更低。据悉,这种第三代锂电池使用一种超薄到近乎没有的金属负极和更加安全的电解液。
根据美国能源部的定义,第一代锂电池使用石墨负极,最多能达到600 Wh/L的能量密度; 第二代锂电池使用硅负极,最高能取得 800 Wh/L左右的能量密度;第一代和第二代都属于传统的锂离子电池。而第三代锂电池将使用更高能量密度的金属负极甚至做到无负极,能超过 1000 Wh/L 的能量密度。
专家表示,尽管过去20年间各类技术发展突飞猛进,计算机的体积大大缩小,现在新型智能手表的计算能力比阿波罗登月飞船的都要强大,然而最普遍的可充电电池锂离子电池技术却一直停滞不前。
"电动汽车产业化进程在很大程度上取决于电池技术的进步。当前全球诸多电池技术的创新预示着这个进程会加快,尤其是如果能出现颠覆性的电池技术,整个电动汽车产业格局和商业模式都有可能发生预想不到的变化,",国务院发展研究中心企业研究所副所长张永伟说。
该技术由MIT的胡启朝博士和唐纳德.赛德维(Donald Sadoway)教授共同研发,在学校的孵化下,两位科学家还带领一支MIT的创业团队组建了麻省固体能源公司(SolidEnergy),以促进科技成果的产业化转化,并获得了MIT相关专利的全球独家使用权。该公司2013年获得了450万美金的A轮融资,投资者包括新加坡的淡马锡等。
〢,短竖线短些、粗些。长竖线表示正极,短竖线表示负极。边上注明电压值。
9v电池正负极在同一端,两个脊柱中小的是正极大的是负极,如果是电池串联,可以用一块电池的大头扣在另一块电池的小头上,不能撬的哦,一撬就坏了,你对着按上去就好了,大扣小
通常铝是负极,铁是正极。
根据花旗银行的最新报告,2014年全球可充式锂电池市场高达210亿美元,其中120亿美元来自于消费类电子产品,35亿美元来自于电动汽车。 保守估计,2020年全球可充式锂电池市场达到350亿美元,包括147亿美元来自于消费类电子产品,100亿美元来自于电动汽车,平均每年增长10%。随着人们越来越多的使用智能硬件,实际的锂电池市场会远远大于这个保守估计。
电池由四部分构成:正极,负极,电解液和隔膜。
大部分电池公司都扎堆在正极材料的生产上,传统消费类电子产品通常使用的是高能量密度的钴酸锂(LCO)。正极材料的研发创新周期很快,一般每年都有5%的能量密度方面的提升,但这种创新非常渐进和零散,而且不同的应用和企业会选择不同的正极。
"在负极方面,创新相对来说要困难很多,一般每10年到20年才有一次大的突破,这也是为什么电池由负极决定属于哪一代,"胡启朝博士说。
负极主要是以石墨为主,优点是非常成熟和廉价,缺点能量密度很低。在负极提供商中,几乎没有技术差异,主要靠降低成本来竞争。电解液方面呈现非常多样和分散的态势,但不同产品差异很小。隔膜方面的一些核心技术主要由日本和美国企业掌握,利润很高,但是随着先进技术的推进,他们的优势和垄断地位也在逐渐消失。
SolidEnergy正在积极准备,如果一切顺利,2015年秋季将推出消费类电子产品电池材料,2016年秋季推出电动汽车电池材料,预计2016年,SolidEnergy的产量可以支持1000万部智能手机和智能手表。
如何选择VRLA电池负极汇流排合金
介绍了采用电化学综合测试仪对Pb-Ca,Pb-Ca-Sn,Pb-Ca-Sn-Ag3种合金在4.5mol/LH2SO4+0.1mol/LNa2SO4溶液中以恒电位-1.10V极化240h的试验情况,试验结果表明:在贫液式富氧环境中,负极汇流排发生吸氧腐蚀是不可避免的;在上述3种试验合金中,Pb-Ca-Sn-Ag的腐蚀速度较缓慢,因此,它较适合作阀控铅蓄电池的负极汇流排。
负极用铝板的色素敏化型太阳电池
日本东洋制罐公司试制成功负极使用铝板代替昂贵的导电玻璃板的色素敏化型太阳能电池。所用铝板采取了独特技术进行表面处理,15cm×15cm方形铝作负极的太阳电池的转换效率高于传统太阳电池的8%。所用的负极铝板厚度为0.3mm,采取了独特的表面处理技术,由于能防止发电电子的逆流,从而提高了发电效率,同时还提高了其对电解液的防蚀性能。
负极指电源中电位(电势)较低的一端。在原电池中,是指起氧化作用的电极,电池反应中写在左边。在电解池中,指起还原作用的电极,区别于原电池。从物理角度来看,是电路中电子流出的一极。
从电极反应看
从电极材料看
2、内外电路电流方向及导电微粒移动方向
3、构成简易原电池的一般条件
两个活泼性不同的导体作电极两电极保持接触并插入电解质溶液中(回路)总反应为自发进行的(释放能量)氧化还原反应。
方法一:
在“ ”、“-”标志模糊的情况下,涂有红色的蓄电池极柱代表正极,而涂有蓝色标志的极柱是负极。如果蓄电池用得时间较久,颜色可能发暗。但一般来说,极柱稍粗的为蓄电池正极,极柱稍细的为蓄电池负极。
方法二:
借助直流电压表来判断蓄电池的正负极。将蓄电池接通直流电压表。在电压表表针指示正常的情况下,接电压表正极的就是蓄电池的正极,反之接电压表负极的就是蓄电池的负极。
方法三:
借助高频放电器和有极性标志的蓄电池来判断不明极性的蓄电池正负极。 用高频放电器来检测对比两个蓄电池,有相同反应的一端极性相同。不过该招要求有已知极性的蓄电池和较为专业的放电器。
方法四:
借助食盐水来判断蓄电池的正负极。在蓄电池两端各接一根导线,插入食盐水中,查看导线线头,产生气泡较多的一端所连的为蓄电池负极,产生气泡较少的一端所连为蓄电池正极。 此招有一点注意事项,盛放食盐水的容器一定不能导电,一般采用瓷碗较好。另外除了常用的食盐水以外,碱水、稀硫酸等只要能够成电解液均可使用。
方法五:
在蓄电池两极间接一电灯泡,构成一回路。放一小磁针在构成回路的导线下。磁针所指方向此时应该与导线方向垂直。用右手法则来判断,拇指所指方向就是电流流动方向。电流从蓄电池正极流出,流回蓄电池负极。
在高铁电池中,可作为电池负极的材料也很多,包括锌、铝、铁、镉和镁等。
锌
根据锌的金属特性,其平衡电位较负,电化当量较高,因而比能量和比功率都比较高。而且锌具有较好的放电性能,价格便宜,来源丰富。在化学电源中得到广泛的应用。
在碱性溶液中,锌电极反应除了形成锌酸盐外,最终产物主要为固相的氧化锌:
Zn 2OH-→Zn(OH)2 2e
Zn(OH)2 2OH-→Zn(OH)42-
Zn(OH)42-→ZnO H2O 2OH-
总反应为:Zn 2OH- →ZnO H2O 2e
对于锌负极,在应用于高铁电池中有着一定的优势,因为锌电极作为负极材料在碱性溶液中有着较成熟的理论和工艺积累。研究Zn-MFeO4电池时,在缓蚀剂、导电剂、隔膜、集流体以及制造工艺等方面有许多可借鉴的技术。
铝
铝作为高铁电池的负极,会遇到两个问题:一是铝在碱性溶液中的自腐蚀问题,在强碱性溶液中,铝的溶解速度很快,同时产生大量的氢气,对高铁酸盐来说,穿过隔膜的氢气会加速高铁酸盐的分解;二是铝在阳极过程中表面产生沉积物会阻止电极的反应,使阳极过电位升高,降低了阳极的电压效率。可以通过合金化和电解液添加剂这两个途径来克服上述问题。通过添加一些元素形成二元或多元铝合金,如添加Ga、Sn、In等金属可以改变铝表面沉积物的组成结构,提高铝的阳极电位,同时增强铝抗自腐蚀的能力。在电解液中添加其它物质也可以改善电极反应产物的晶型, 从而起到抑制腐蚀和提高阳极电位的作用。如添加In(OH)3可以有效减小腐蚀,而添加Ga2O3、Na2SnO3或柠檬酸钠等都可以对活化电极起到有效的作用。
铁
铁作为电池负极在碱性溶液中的电极反应比较复杂,铁失去电子形成稳定的 2价和 3价氢氧化物,即,
Fe nOH- → Fe(OH)n2-n 2e
Fe(OH)n2-n →Fe(OH)2 (n-2)OH- E°= -0.877V (vs. SHE)
Fe(OH)2 OH- →Fe(OH)3 e E°= -0.56V (vs. SHE)
然后,2Fe(OH)3 Fe(OH)2 → Fe3O4 4H2O
在碱性溶液中,铁最初形成 2价产物,二价铁与电解液形成Fe(OH)n2-n 络合物,在继续放电时生成 3价铁,而且由 3价铁与 2价铁相互作用形成Fe3O4。
铁与高铁酸盐组成电池时,电池的开路电压为1.5V左右,随着高铁酸盐的类型而有少许变化。由铁电极的放电曲线可知,铁负极在放电时有两个放电平台,第一个放电平台对应的是Fe向Fe(OH)2的转化;第二个放电平台对应的是Fe(OH)2/Fe(OH)3反应,第一个放电平台到第二个放电平台电压会降低0.3V左右。实际上,第二个平台的放电容易受到很多因素的影响。如第二次放电产物和高铁酸盐的反应产物 Fe(OH)3会与Fe(OH)2形成Fe3O4,影响了Fe(OH)2的放电。铁负极与高铁酸钾组成的单体电池在第一放电平台的理论容量应为285.3mAh/g。
镉
镉与高铁酸盐组成电池时,单体电池开路电压的理论值应在1.4V左右。镉的电化当量为477mAh/g,与K2FeO4组成电池的理论容量为219mAh/g。