新型化学电源

1.4.3　新型化学电源

1.氢镍电池

氢镍电池是新型的二次电池，其正极是氧化镍，负极是氢电极。选择氢作为负极材料是因为它的相对原子质量小。电极材料轻，电池的重量就轻，这对航天工业是至关重要的。但氢气是气态的，重量虽轻体积却很大，为了能适应小型电器的使用，技术人员利用吸氢材料，让氢大量地吸附在电极材料的表面上，而吸附富集的氢已足以构成一个氢电极。它的工作状态分3种：正常工作状态、过充电状态和过放电状态。在不同的工作状态下，电池内部发生的电化学反应是不同的。此外，它承受过充电和过放电的能力很强。但它的初始成本较高，自放电速度较快以及还存在爆炸的可能性，所以至今尚未普及。尽管如此，这种电池的前景十分乐观，随着不断的改进，最终将全面取代镉镍电池。

2.锂电池

锂是自然界里最轻的金属元素，密度仅为水的一半。同时，因为它的电负性极低，选择适当的正电极与之相匹配，可获得较高的电动势。与金属钠和钾一样，金属锂遇水发生剧烈反应，所以电解质溶液都选用非水电解液。电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极包括由片状炭材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极。电池内充有有机电解质溶液，另外还装有安全阀和PTC元件，以保护电池在不正常状态及输出短路时不受损坏。

锂电池作为一种新颖的电池，其性能是十分吸引人的，主要是比能量高，有宽广的温度使用范围，放电电压平坦。以固体电解质制成的锂电池，体积小，无电解液渗漏，电压随放电时间缓慢下降，可以预示电池寿命，特别适合作为心脏起搏器的电源，目前已在便携式电器（如手提电脑、摄像机、移动通信）中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一。此外，锂电池将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。

生活信息箱

北京奥运会中的锂电池

为打造“科技奥运”、“绿色奥运”，新型的锂电池电动公交车在北京奥运村区域投入运行。北京奥运会以锂电池电动车取代传统公交车，实为“明智之举”：首先，锂电池电动车更加环保，与普通公交车相比，没有尾气排放；再者，锂电池使用的寿命也比较长，一般可以反复充电500次甚至1000次以上；另外，它最大的优点是比较省电。

生活小贴士　　　　

锂电池在使用过程中常常会出现发热、燃烧现象，轻者影响主机使用，重者还会烧毁主机引起火灾。这是因为锂电池中的许多材料与水接触后可发生剧烈的化学反应并释放出大量热能，导致发热、燃烧。锂电池正极的二氧化锰只沾一小滴水便可出现发热现象；锂电池中的氯化亚硫与水接触后，在生成盐酸和二氧化硫的同时释放热能。几种因素使锂电池成为生活中的“火种”。因此，人们在使用锂电池时一定要注意防水、防潮湿。各种主机停用后，应取下锂电池置于干燥、低温处妥善保管，以避免因锂电池使用不当而引起的家庭火灾事故。

3.燃料电池

燃料电池是通过电化学过程将燃料中的化学能直接转化为电能的电池。与传统能源相比，燃料电池在反应过程中不涉及燃烧，具有高效、洁净的显著特点，被认为是21世纪首选的洁净高效发电技术。燃料电池发电装置的最大优点是在电化学反应过程中不存在动能做功造成的损失，因而与热机和发电机相比能量转换效率极高。第二，燃料电池作为大、中型发电装置使用时，可减少化学污染排放，而且操作过程中不产生噪声污染。第三，燃料电池可以使用多种多样的初级燃料，也可使用发电厂不宜使用的低质燃料，甚至城市垃圾，但需经专门装置对它们重整制取。虽然燃料电池有上述种种优点，在小范围应用中也取得了良好的效果，但由于技术问题，至今已有的燃料电池均还没有达到大规模民用商业化程度。

4.水果电池

水果电池指的是在水果里面插入化学活性不同的金属电极，并用导线连接起来，由于水果里面有酸性电解质，而形成的一个原电池。水果电池的发电原理是，两种金属片的电化学活性是不一样的，其中更活泼的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子，从而产生正电荷，由于整个系统需要保持稳定，所以会有电子的转移，产生电流。理论上来说，电流大小直接和果酸浓度相关。