常用的蓄电池介绍
常用的蓄电池介绍
一、铅酸密封蓄电池
铅酸密封蓄电池由正负极板、隔板和电解液、电池槽及连接条(或铅零件)、接线端子和佩排气阀等组成。极板是蓄电池的核心部件，是带有栅格结构的铅栅格板，分正极板和负极板两种。
正极板上的活性物质是二氧化铅，呈红色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈青灰色。用在独立光伏系统中的电池应是深度循环大负载类型的。由于极板材料铅比较软，所以要加一些锑或者钙之类的元素以加强铅板的硬度，这样可改善电池的性能。
阀控式密封铅酸蓄电池具有不需补加酸水、无酸雾析出、可任意放置、搬运方便、使用清洁等优点，近几年在光伏发电系统中得到了广泛应用。
但是，蓄电池组的价格相对昂贵，寿命较短，一般免维护的工作寿命为五年，而光伏电池板的稳定工作寿命为25至30年，蓄电池的存在势必影响光伏系统的寿命。因此，通过采用合适的充放电方法，尽量延长蓄电池的寿命，可以很大程度上降低光伏系统的维护费用。
极板是蓄电池的核心，在蓄电池充、放电过程中，电能与化学能的转换是从过正、负极板上的活性物质与电解液中的硫酸进行化学反应来实现的。
蓄电池极板分正、负极板，由栅架和活性物质组成。正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2)，负极板上的活性物质是铅(Pb)。单片极板上的活性物质数量少，所存储的电量少，为了增大电池容量，将正、负极板分别并联，中间插入隔板，组成正、负极板组。
将二氧化铅和稀硫酸调成膏状涂在栅架上，就成了正极板。将铅粉与稀硫酸调成膏状涂在栅架上，就成了负极板。单格电池组中，负极板要比正极板多一片。原因是在充放电时，两极板和电解液发生化学反应而发热使极板膨胀，但两极板发热程度不同。
正极板发热量大，膨胀较严重，而负极板则很轻微，为了使正极板两面均匀发生同样的化学变化，膨胀程度均衡，防止极板发生弯曲和折断现象，所以要多一片负极板。外层负极板虽然仅一面发生化学变化，但因其发热量很小不致变形和断裂。
隔板的作用是把正、负极板隔开，防止极板短路。隔板用材料通常为木质、玻璃、硬橡胶等。隔板做成一面有沟槽、一面平滑。
二、铅-锑电池
铅-锑电池可承受深度放电，但因为水耗散大，需要定期维护。安装时，正负极板互相嵌合，之间插入隔板，用极板连接条将所有的正极和所有的负极分别连接，如此组装起来，便形成单格蓄电池。单格电池中负极板的数目比正极板多一块。不管单格蓄电池含有几块正极板和负极板，每个单格蓄电池均只能提供2.1V左右的电压。
极板的数量越多，蓄电池能提供此电压的时间越长。以一个单格电池的正极边连接另一个单格电池的负极边的方式依次用链条(由铅锑合金制成)连接。最后留出一组正负极作为蓄电池的正负极。这样把若干个单格电池串联起来后即构成蓄电池。
极板厚度越薄，活性物质的利用率就越高。容量就越高。极板面积越大，同时参与反应的物质就越多，容量就越大。同性极板中心距越小，蓄电池内阻越小，容量越大。为了减少尺寸、降低内阻，正负极板应该尽量靠近，但为了避免互相接触而短路。
正负极板之间用绝缘的隔板隔开。隔板是多孔性材料，化学性能稳定，有良好的耐酸性和抗氧化性，目前对免维护铅酸蓄电池用的是玻璃纤维纸。
正负极板用铅合金焊接在一起组成，并装于电池槽内组成单体蓄电池。隔板用用来隔离正负极板，防止短路。电解液主要由纯水与硫酸组成，配以一些添加剂混合而成。
主要作用:一是参与化学反应。是蓄电池活性物质之一；二是起导电作用，即蓄电池使用时通过电解液中离子迁移，起到导电作用，使化学反应得以顺利进行。
安全阀是蓄电池的关键部件之一，它位于蓄电池底部，作用首先是密封，当蓄电池内压低于安全阀的闭阀压时安全阀关闭，防止内部气体酸雾往外泄露，同时也防止空气进入电池造成不良影响；同样，当蓄电池使用过程中内部产生气体气压达到安全阀压时。开阀将压力释放，防止产生电池变形、破裂和蓄电池内氧复合，水分损失等。
三、碱性蓄电池
碱性蓄电池的基本结构与铅酸电池相同，有极板、隔离物、外壳和电解液。碱性蓄电池按其极板材料，可分为镉镍蓄电池、铁镍蓄电池等。工作原理与铅酸蓄电池相同，只是具体的化学反应不同。
碱性蓄电池与铅蓄电池相比，具有体积小、可深放电、耐过充和过放电以及适用寿命长、维护简单等优点。
四、镍镉电池
镍镉电池以氢氧化镍作为正极的活性物质，以镉和铁的混合物作为负极的活性物质，电解液为氢氧化钾水溶液。相比铅酸电池，镍镉电池的优点:比铅酸蓄电池能量高；安全放电，无须超容量设计；力学性能好；
低温性能良好；内阻低，允许大电流输出；允许快速充电；放电过程中电压稳定易于维护。缺点是:价格比铅酸电池贵；电池效率低；若电池没有完全放电，则会出现“记忆效应”；镉有毒，使用后需回收。
五、镍氢电池
与镍镉电池结构及原理均相似，不同的是梁镉替换为储氢合金电极。它的主要优点是:与同体积镍镉电池相比，容量高；与镉相比，采用储氢合金电极，没有重金属镉带来的污染问题；具有良好的过充电和过放电性能。
六、铁镍蓄电池
正极采用活性铁材料的钢丝棉，负极采用带活性镍材料的钢丝棉。它的主要优点是，价格低，使用寿命长。缺点是，电池效率低，水耗高，内阻大，适用温度受限，为0℃到40℃。
电解液呈胶态的电池通常称为胶体电池。较常用的胶体蓄电池，是硫酸电解液中添加胶凝剂，使硫酸变为胶态。胶体电池的优点是:
1.密封结构，电解液凝胶，无渗漏；
2.充放电无酸雾、无污染；
3.容量高，与同级铅酸蓄电池相比增加10%到20%的容量；
4.自放电小，耐存放；
5.过放电恢复性能好，大电流放电容量比铅酸电池增加30%以上；
6.低温性能好，满足-30℃到50℃的启动要求；
7.高温特性好且稳定，满足65℃甚至更高温度环境的使用要求；
8.循环使用寿命长，可达800至1500比充放。
七、硅能电池
由于铅酸蓄电池等对环境造成的污染越来越严重，市场对大容量及高效率的蓄电池的需求。推动了蓄电池技术的不断发展与进步。硅能蓄电池用液体低碳钢硅盐化成液替代硫酸作为电解质，生产过程不会产生腐蚀气体。
实现了制造过程、使用过程以及废弃物无污染。硅能蓄电池耐高寒高温的特点使它即使在极端恶劣的气候条件下依旧能正常工作。此外，硅能蓄电池的材料特性，它兼具充电时间短、使用寿命长的特点。
八、燃料电池
燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氢氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池能量转换效率高。洁净，无污染，噪声低，模块结构性强。比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率。
九、银锌电池
银锌电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置，在每一对银片和锌片之间，用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构成了电流回路。
这是一种比较原始的电池，是由很多银锌电池连接而成的电池组。银锌蓄电池在充好电后，其正极板的活性物质是过氧化银(Ag2O2)，负极板的活性物质是锌，电解液是以氢氧化钾为主，并配以锌酸盐的饱和水溶液。
放完电后，正极板的活性物质变为银，负极板则变为氢氧化锌[Zn(OH)2]。放电时，在负极锌与电解液中的氢氧根离子化合，生成氢氧化锌，并放出两个电子。
银锌蓄电池是一种碱性蓄电池，突出优点是体积小、重量轻、容量大。例如15XYG-45型银锌蓄电池的重量只有12HK-28型电池的60%，而容量则为它的1.7倍。银锌蓄电池还有放电电压平稳和自放电小等优点，银锌蓄电池的缺点是寿命短，容易产生内部短路故障，而且造价很高。
十、锂电池
锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。
由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。
可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
锂金属电池：
锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。放电反应：Li+MnO2=LiMnO2
锂离子电池：
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
正极
正极材料：可选的正极材料很多，目前市场常见的正极活性材料如:钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、镍钴铝三元、镍钴锰三元等等。
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放电时：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。
负极
负极材料：多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。
负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。充电时：xLi+ + xe- + 6C → LixC6
放电时：LixC6→ xLi+ + xe- + 6C。
十一、钠离子电池
钠离子电池（Sodium-ion battery），是一种二次电池（充电电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。
2018年12月，南京理工大学夏晖教授与中外团队合作，首创结构设计和调控方法，在锰基正极材料研究方面取得重要进展。
工作原理
在充放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱出：充电时，Na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。
新款18650钠离子电池，借助了钠离子转移（而不是锂离子）来存储和释放电能。
钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐，相较于锂盐而言储量更丰富，价格更低廉。由于钠离子比锂离子更大，所以当对重量和能量密度要求不高时，钠离子电池是一种划算的替代品。
与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：
（1）钠盐原材料储量丰富，价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料，原料成本降低一半；
（2）由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液（同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右）降低成本；
（3）钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；
（4）由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。