电池:类型和历史

电池将化学能转化为电能。电池是开发电气设备的第一台设备,仅在1800年代中期的MID DAMAMO和发电机作为主要电源。电池仍然占据我们生命中的任何地方的不可或缺的作用。它们有各种形状和尺寸。今天的工程师正在致力于激动的进步,主要提高能量密度和充电速度。电池的改进导致社会的变化非常明显,因为通常通常是电池尺寸,重量和成本,这是一种技术进步的因素。

1.0)基本
1.A)电池类型列表
2.0)电池史
2.A)Volta的电池1800
2.b)手动细胞
2.C)干细胞
2.D)托马斯爱迪生和电池(Nife)
3.0)现代电池,碱性电池
3.A)锂离子电池(LIB)
4.0)电池的未来
5.0)电气前老年电池
6.0)电池上的视频

左上:外部电池(NiFe)以上:钛酸锂模块

1.)基础知识

基本结构:电池由两个或更多个细胞组成。每个细胞由两种不同的材料组成,其中电解质。早期的工程师发现,通过正确的材料,带负电的离子被吸引到阴极( - ),同时被带正电的离子被吸引到阳极(+)(另一个电极)。有许多类型的电池,请参阅我们的历史节部分,了解有关一些显着的例子如何工作。
12分钟视频描述基本电池化学>
建筑物的视频铝制/碳电池在主页>

阴极- 电子“出口”电池从该电极进入电气供电的电气设备,标有彩色黑色或( - )。这是负端子,因为具有额外电子(带电离子)的原子被该终端吸引。
阳极- 电子从该电极上“进入”电池,该电极标有红色或(+)。
笔记:术语“阳极”和“阴极”也可以在设备上使用,它们有助于指示如何挂钩设备。在设备(如LED)中,电子通过阴极“进入”设备并通过阳极出口(这反向电池)。
安全!
*将电池连接到设备后退可以破坏电气设备,尤其是半导体器件。
*通过将( - )终端连接到(+)终端来缩短电池可以导致化学火灾或爆炸。
*从手指和衣服上的电池酸酸可以烧掉你的皮肤,通过衣服吃洞,如果他们的眼睛被触摸会导致失明。除了在受控环境中,不要打开电池,并谨慎谨慎。


两种分类电池的方法:
主要电池- 一旦构造,此类电池就准备好了电荷
二次电池- 在构造后必须充电此类电池

一个工程师在电化学或纳米技术中的背景可以在改善电池和破坏改进的障碍方面。甚至提高一种性能角度,例如:能量密度,低温性能,能量储存持续时间,充电速度,形状,使用较少毒性或更少的昂贵材料可以为我们的世界产生重大变化。例如,混合动力车和全电动汽车已经存在了一个世纪,但它是更好的电池,允许在20世纪90年代首次主流使用EVS。

1.a)电池类型

有很多方法可以制作电池,某些型号超过200岁,其他型号(例如使用碳纳米管的型号)在此刻迅速前进!

主要电池:

(不能充电)

氯化锌
碳锌
碱性
氢氧化镍
锂氧化锂
锂铁二硫化物
硫化铁锂
锂锰二氧化锰
锂纯磷酸锂
锂银氧化物+钒
镀银铬酸锂
锂碳二氟化二氧化苯甲醚(SVO)
LI-I2
李 - Cuo.
李肯

Li-MnO2(Li-Mn,“Cr”)
氯化亚硫酰氯.
Li-Socl2,BRCL,LI-BCX
氯酰氯.
Li-So2.
Li-PBCus.
Li-Bi2PB2O5.
Li-V2O5.
Li-Bi2O3
Li-Coo2.

氧化汞
锌空气
氧化银

钚电池和
其他核电电池


二次电池:

(可以充电)

NICD或NICAD NICKEL-CADMIUM 1899
铅酸1859.
尼姆
nizn.
碱性(有些是可充电的)
锂离子锂离子
锂离子聚合物

氧化钛锂
锂磷酸锂电池
磷酸铁镁镁
镍铁电池(NIFE)
NIH2.
Ni-zinc.
LiFepo4.
李硫磺
李钛酸盐
薄膜李
Znbr.
V氧化还原10.
NAS.
熔盐
银锌(Ag-zinc)

2.)电池的历史


上面:Volta电池的插图供电实验弧灯,第一形式的电动照明

2.a)1800:Voltaic堆 - 第一个直接导致电动革命的电池

意大利Como的Alessandro Volta创建了大约1800年的第一个现代化电池。他有化学和物理学的背景,并在公立学校教授Como的皇家学校。他用锌和铜(或银)电极,具有硫酸的电解质或盐水混合物(盐和水)。锌与带负电荷的硫酸盐反应。带正电荷的氢离子从铜形成氢气中抓住电子。然后锌盘成为负电极和铜/银盘阳性。Volta的第一个电池是从“动物电力”开始的9年的研究结果或身体内电流的研究。就像所有伟大的创新者一样,他提出了他面前的那些,在这种情况下Luigi Galvani和他对“动物电力”的工作。>

以上:在史密森研究所看到Volta电池型号

Volta的电池迅速抓住了世界的关注。从俄罗斯到美国的研究人员开始尝试使用他的电池的版本进行实验。电镀,对科学研究的元素分离,电动照明和电磁谱研究全部先进,感谢Volta的桩。它被称为“堆”,因为可以将额外的锌/铜单元堆叠在设备上以增加功率。即使在今天的拉丁语语言也使用“Pila”一词来表示电池。

瑕疵Volta的电池是盐水浸泡布料所需的湿润,电解质泄漏在侧面并引起短路。化学积聚在铜上导致绝缘层在约1小时后停止电池。亚博体育官方app在接下来的三十年里,威廉鲟鱼和约瑟夫亨利等其他人改善了电池设计。


以上:Joseph Henry的电流电池(锌和铜板制成)旨在产生不同的强度,这取决于需要一套可移动连接器和汞杯。如今,我们使用的设备为实验提供改变的功率电平将是附加到网格电源的Variac(自动转换器)。亨利需要可变功率水平来进行他的电磁实验。
阅读更多细节亚博体育官方appHenry的电池来自普林斯顿的这种扫描>

2.B)1857-1900S Grenet Cell“瓶电池”

GRENET CELL是电池历史的重要步骤,并使用超过60年。这种湿细胞功能强大可靠。它充满了酸,可以重复使用。由1880年代的单位可以持续数月或数年没有重新填充,尽管有些用途每隔几周就需要再填充。Thomas Edison使用Greneet细胞进行他的实验,医疗专业人员还利用该牢房从医院的电力工具中做出了一切,以便在患者进行实验。该电池采用各种尺寸,烧瓶也可以串联放置以产生更多功率。

手术单元的末端来自其缺点,包括重新填充它,重量和它可能泄漏的事实的烦恼。橡胶密封板(静电鼠)将随时间缩小并使顶部发生泄漏。就像当时它是由玻璃制成的很多电池,而用厚厚的玻璃建造,它仍然可以粉碎。

1878年,Byrne(布鲁克林)博士改善了Grenet细胞。今天的现代干细胞也使用锌 - 碳细胞,但是它们使用湿纸板用于电解质而不是手术细胞的液体酸。

铅酸电池


1859年- 法国的Gaston Plante当今最常用的大电池:铅酸电池。更多关于铅酸电池>

今天的铅酸电池(例如在您的车内)的能量密度为每公斤约30瓦。亚博体育官方app


2.C)干细胞

在1886年,开发了干细胞,这对电池的一些应用来说是一个巨大的改进。干电池使用糊状电解质,这使得电池以任何方向用于任何方向并改善便携式电池面积。Karl Gassner和使用与其他化学品混合的巴黎膏药开发了干细胞。第一个待售模型生产1.5伏。后来在巴黎的石膏上被卷曲的纸板替换。哥伦比亚制作了第一批批量生产的模型。

左下:在爱迪生科技中心展出的经典1.5 V哥伦比亚干细胞。亚慱足球网址多少
在右侧以下:早期无线电中使用的3种经典的干细胞。

对于锂,碱性和其他现代的干电池电池见下文。

2.D)托马斯爱迪生和电池

托马斯爱迪生专注于制造更好的电池供电电动汽车。像手术机电池一样的现有电池由玻璃制成和不足。爱迪生用许多改进的电池世界中的标记。爱迪生 - 拉兰德电池是电池的标志性改进,它具有更高的耐用性并持续了一年的储存。亚博体育官方app爱迪生对所有尺寸的电池有很长一段时间的兴趣,以便为诸如电笔等发明提供动力。爱迪生对电池的最后一个重大改进是开发实用的铁镍电池(NiFe)。早期的Edison Nife电池使用厚玻璃壳体来保持氢氧化钾电解质。这些电池的一些型号可以持有多年的费用。铁路行业仍然由于其长期可靠性而仍然使用数十年的NIFE电池来备份开关和其他设备。


上图:由Steinmetz拥有的1914年底特律电动汽车中使用的原始爱迪生电池


AA碱是世界上最常见的一次性电池

3.)现代电池:

今天,世界以锌,铅和锂基电池为主。它们更安全,小于同一类型的电池在早期。在组合物中减少了汞和其他化学物质,多年来的能量密度改善已经为每瓦的较少材料制成。

碱性电池:

碱性电池是如今最常见的一次性电池(每年生产的100亿单位)。他们使用锌和二氧化锰。由于更高的能量密度,碱性取代了1800s的锌 - 碳电池。
问题碱土碱包括氢氧化钾(当电池变老时看到的白色羽毛晶体)。碱性电池由廉价材料制成,因此回收它并不具有成本效益,因此它被抛出到主流垃圾中导致垃圾填埋场中的毒性垃圾增加。

3.A)锂离子电池(lib)

锂电池目前是移动应用(车辆,手持设备)最受欢迎的电池,由于重量低,能量密度大(您可以存储每公斤重量的能量)。锂电池有不同的形式:


磷酸铁锂(LFEP)- 每公斤120+瓦特小时


注意:由于开发的更好版本,这些电池中的任何一个都可以改变能量密度额定值。

左:20安培小时,此处显示平棱镜式电池,但它们可以在螺旋配置(圆筒)中进行。

查看我们的工程先锋视频Andy Burke谈论测试LFEP电亚博体育官方app池>


锂钴氧化物电池(LiCoO2)- 每公斤100多小时,用于移动电话和其他较小的设备。这种类型的电池用于笔记本电脑的高能量密度,问题包括导致火灾的热失控。

左:螺旋缠绕锂电池,这是来自索尼相机。

钛酸锂(LTO)- 它们比其他形式的锂电池更安全(较少的热失控机会)。它们具有10-20,000个循环寿命和每公斤70-80瓦,标准铅酸电池的容量为3倍)。

左:UC戴维斯的实验锂钛合金16V模块

其他:正在开发出新的锂电池,但其他一些常见类型包括锂镍钴氧化铝,锂镍锰钴氧化物和锂硫电池。


在此查看我们的视频,在Andy Burke博士的实验室中测试锂电池:三种LI电池:



纳米技术将改善锂离子电池:碳纳米管可用作阴极,这允许在管的表面上进行锂储存反应,这比常规锂嵌入反应快得多。阅读更多此处>

4.)电池创新的前沿

特斯拉电机,通用电气和其他电机都在竞争中,开发更好,更便宜的电池。新的电池开发如钠离子,氯化钠(GE Durathon电池品牌的一部分)提供了替代能量栅和机车应用中使用的大型铅酸电池的承诺。

对于电池真正成功的电动汽车应用,专家们已经阐述了电池的目标,电池需要持续15年以上的深度放电,并且能够尽快充电,因为汽油燃料箱可以充满燃料。这些是艰难的目标,但现在正在努力。在锂电池中使用纳米管,可以更快地充电电池,但确保更长的生命周期将是一个更难的挑战。阅读更多此处>

5.)电气前的电池:

值得一提的是,现代电气时代可能有电池。由于这些与我们在此列出的电气历史的主要时间表断开连接。

第一个电池248 BC:Bagdad电池内置于Parthian或Sassanid时期〜248 BC-226广告。电池由粘土花瓶中心的碳棒组成。杆被未知电解质包围(可能是橙色/柠檬汁),然后是铜,然后是沥青。每个电池的重量约为2千克,并产生0.4-0.5伏的开放式触亚博体育官方app点。这些电池非常弱。“巴格达电池”于1936年被发现,被许多信誉良好的来源被认为是真实的。

埃及人:古埃及人有一些类似于巴格达电池的电池。

“契约”的方舟:已经理解了“契约”的方舟(金衬里盒)可能已经使用早期电池来激励黄金外部。然后,盒子将能够通过震惊触摸它的人来唤起魔力的错觉。这只是一个理论,但是将是一个有趣的电力使用,以创造一种敬畏和恐惧的感觉。

6.)等视频配有电池:


Tesla模型S - 电池,身体和悬架>

混合动力车辆电池实验室与Andy Burke>

历史的GE电池业务由Oliver Winn博士(前经理)>>

贝克电动车在1901年使用爱迪生铅酸电池>

第一辆电脑混合动力车辆HTV1(铅酸电池)1978-1982>


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MW的文章

来源:
电报和电话时代。由D. Mcnicol。1915年
圣克拉拉大学
罗格斯大学:托马斯爱迪生论文
纽约医学期刊,1889年1889年
渐进式动力学Inc.
Energizer.
维基百科
IEEE频谱
通用电气
兰登卡特灰色的神经和精神疾病论文。1893 Corrosion-Doctors.org.
安德鲁博士伯克。加利福尼亚大学戴维斯。2010年
照片/视频:
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