動(dòng)力電池類(lèi)型及應(yīng)用特點(diǎn)

1、鉛酸電池

法國(guó)人普蘭特于1859年發(fā)明鉛酸蓄電池，至今已經(jīng)歷了近157年的發(fā)展歷程，鉛酸蓄電池在理論研究方面，在產(chǎn)品種類(lèi)及品種，產(chǎn)品電氣性能等方面都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，不論是在交通、通信、電力、軍事還是在航海、航空各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，鉛酸蓄電池都起到了不可缺少的重要作用，它也是成熟的電動(dòng)汽車(chē)蓄電池。

鉛酸電池組成：正負(fù)電極分別為二氧化鉛和鉛，電解液為硫酸。

鉛酸電池可以分為兩類(lèi)：

注水式鉛酸電池：注水式鉛酸電池價(jià)廉，但需要經(jīng)常維護(hù)，補(bǔ)充電解液。

閥控式鉛酸電池：閥控式鉛酸電池通過(guò)安全控制閥自動(dòng)調(diào)節(jié)密封電池體內(nèi)在充電或工作異常時(shí)產(chǎn)生的多余氣體，免維護(hù)，更符合電動(dòng)汽車(chē)的要求。

總體上說(shuō)，鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比功率也基本上能滿足電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性要求。

但它有三大缺點(diǎn)；比能量低，所占的質(zhì)量和體積太大；

充電行駛里程較短；

使用壽命短，使用成本過(guò)高。

由于鉛酸電池的技術(shù)比較成熟，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)的鉛酸電池仍將是近期電動(dòng)汽車(chē)的主要電源，正在開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)用先進(jìn)鉛酸電池主要有以下幾種：

l 水平鉛酸電池；

l 雙極密封鉛酸電池；

l 卷式電極鉛酸電池等。

根據(jù)鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)與用途區(qū)別，粗略將電池分為四大類(lèi)：

1、啟動(dòng)用鉛酸蓄電池；

2、動(dòng)力用鉛酸蓄電池；

3、固定型閥控密封式鉛酸蓄電池；

4、其它類(lèi)，包括：小型閥控密封式鉛酸蓄電池，

礦燈用鉛酸蓄電池等。

一個(gè)單格鉛酸電池的標(biāo)稱(chēng)電壓是2.0V，能放電到1.5V，能充電到2.4V。在應(yīng)用中，經(jīng)常用6個(gè)單格鉛酸電池串聯(lián)起來(lái)組成標(biāo)稱(chēng)是12V的鉛酸電池；同時(shí)還有24V(12V2)、36V(12V3)、48V(12V*4)等。

12V電壓變化范圍：9V-14.4V；

24V電壓變化范圍：18V-28.8V；

36V電壓變化范圍：27V-43.2V；

48V電壓變化范圍：36V-57.6V；

電池正常溫度操作范圍為：77.F（25℃）；

電池放電后（裝在設(shè)備中）：5.F到122.F（-15℃到50℃）；

充電后：32.F到104.F（0℃到40℃）；

儲(chǔ)存中：5.F到104.F（-15℃到40℃）。

啟動(dòng)用鉛酸蓄電池：一種專(zhuān)門(mén)用于車(chē)輛、船舶和飛機(jī)起動(dòng)、照明、點(diǎn)火（縮寫(xiě)為SLI）和供電（20世紀(jì)80年代以后多縮寫(xiě)為SLIG）的鉛酸蓄電池。一般指汽車(chē)蓄電池(automobile battery)，或者叫汽車(chē)啟動(dòng)電池。多為額定電池的額定容量C約36～210A·h，形成一個(gè)系列，比能量為35～45W·h/kg（按20h放電率能量計(jì)），可以數(shù)倍于C放電率放電。

啟動(dòng)用蓄電池（汽車(chē)啟動(dòng)電池）電壓等級(jí)：12V（乘用車(chē)），24V（商用車(chē)）；

動(dòng)力用鉛酸蓄電池：為工具提供動(dòng)力來(lái)源的電源，多指為電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)列車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、高爾夫球車(chē)提供動(dòng)力的蓄電池，其主要區(qū)別于用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的啟動(dòng)電池；

低速電動(dòng)車(chē)用電池電壓等級(jí)：48V，60V，72V等；

2、鎳金屬電池

（1）鎳鎘電池（Ni-Cd，Nickel-Cadmium Batteries）

鎳鎘電池最早應(yīng)用于手機(jī)等設(shè)備的電池種類(lèi)，它具有良好的大電流放電特性、耐過(guò)充放電能力強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單；

鎳鎘電池最致命的缺點(diǎn)是在充放電過(guò)程中如果處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短。所謂“記憶效應(yīng)”就是電池在充電前，電池的電量沒(méi)有被完全放盡，久而久之將會(huì)引起電池容量的降低，在電池充放電的過(guò)程中（放電較為明顯），會(huì)在電池極板上產(chǎn)生些許的小氣泡，日積月累這些氣泡減少了電池極板的面積也間接影響了電池的容量。

此外，鎳鎘電池（Ni－Cd）中的鎘有毒，使廢電池處理復(fù)雜，環(huán)境受到污染，因此它將逐漸被用儲(chǔ)氫合金做成的鎳氫充電電池（Ni－MH）所替代。

（2）鎳氫電池（Ni－MH Batteries）

鎳氫電池是手機(jī)電池中質(zhì)量?jī)?yōu)良、安全可靠且有利于環(huán)保的電池。鎳金屬氫電池的電量?jī)?chǔ)備比鎳鎘電池多30%，使移動(dòng)電話的通話時(shí)間也因而延長(zhǎng)了30%。鎳氫電池比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)記憶效應(yīng)。鎳氫電池的缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴，性能比鋰電池要差。屬于中檔電池。

從電池電量來(lái)講，相同大小的鎳氫充電電池電量比鎳鎘電池高約1.5～2倍，現(xiàn)已經(jīng)廣泛地用于移動(dòng)通訊、筆記本計(jì)算機(jī)等各種小型便攜式的電子設(shè)備。

更大容量的鎳氫電池已經(jīng)開(kāi)始用于汽油/電動(dòng)混合動(dòng)力汽車(chē)上，利用鎳氫電池可快速充放電過(guò)程，當(dāng)汽車(chē)高速行駛時(shí)，發(fā)電機(jī)所發(fā)的電可儲(chǔ)存在車(chē)載的鎳氫電池中，當(dāng)車(chē)低速行駛時(shí)，通常會(huì)比高速行駛狀態(tài)消耗大量的汽油，因此為了節(jié)省汽油，此時(shí)可以利用車(chē)載的鎳氫電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)代替內(nèi)燃機(jī)工作，這樣既保證了汽車(chē)正常行駛，又節(jié)省了大量的汽油，因此，混合動(dòng)力車(chē)相對(duì)傳統(tǒng)意義上的汽車(chē)具有更大的市場(chǎng)潛力。

豐田普銳斯汽車(chē)采用鎳氫電池是最典型的應(yīng)用。

3、鋰離子蓄電池

鋰離子蓄電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。

電極材料都是鋰離子可以嵌入(插入)/脫嵌(脫插)的。

以鈷酸鋰，錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰（三元材料）、磷酸鐵鋰等為正極材料的動(dòng)力電池，統(tǒng)歸為鋰離子動(dòng)力電池，各有優(yōu)勢(shì)，是新一代鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)；和所有化學(xué)電池一樣，鋰離子電池也由四個(gè)部分組成：正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)。

（1）正極 ——活性物質(zhì)一般為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰（三元材料）、磷酸鐵鋰材料等，

正極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌。

鈷酸鋰電池：其特性是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量比高、綜合性能突出、但安全性差、成本非常高，主要為中小型號(hào)電芯，廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)、MP3/4等小型電子設(shè)備中，標(biāo)稱(chēng)電壓3.7V。

錳酸鋰電池：錳酸鋰是成本低、安全性和低溫性能好的正極材料，但是其材料本身并不太穩(wěn)定，容易分解產(chǎn)生氣體，因此多用于和其它材料混合使用，以降低電芯成本，但其循環(huán)壽命衰減較快，容易發(fā)生鼓脹，高溫性能較差、壽命相對(duì)短，主要用于大中型號(hào)電芯及動(dòng)力電池方面，其參數(shù)如下：

標(biāo)稱(chēng)電壓為3.7V，輸出電壓范圍：2.54.2v ，標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)放電電流：0.2C，最大持續(xù)放電電流：1C，工作溫度：充電：045℃，放電：-20~60℃。

三元鋰電池：是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池，三元材料是鎳鈷錳酸鋰Li（NiCoMn）O2，三元材料做正極的電池相對(duì)于鈷酸鋰電池安全性高；

電芯正極材料：錳酸鋰（LiMn204），

混合添加劑：鋰、鎳、鋁氧化物（Li（Ni-Al）02）。

電芯負(fù)極材料：石墨。

磷酸鐵鋰電池：是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，分子式：LiFePO4；

磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃，而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。

（2）隔膜 ——一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過(guò)，而電子不能通過(guò)；

（3）負(fù)極 ——活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳；

（4）有機(jī)電解液 ——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類(lèi)溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液；

（5）電池外殼 ——分為鋼殼、鋁殼、鋁塑膜（軟包裝）等。

鋰離子動(dòng)力電池電壓是鎳鎘電池，鎳氫電池的3倍，鉛酸電池的2倍，這是體現(xiàn)鋰離子動(dòng)力電池比能量高的一個(gè)重要原因，鋰離子動(dòng)力電池組成相同電壓的動(dòng)力電池組時(shí)，鋰離子動(dòng)力電池使用的串聯(lián)數(shù)目會(huì)大大少于鉛酸電池和鎳氫電池。如果動(dòng)力電池中單體電池?cái)?shù)量越多，電池組中單體電池的一致性要求就越高，壽命就越不好做，在實(shí)際使用過(guò)程中電池組有問(wèn)題分析后，一般是其中一、兩個(gè)單體電池出問(wèn)題然后導(dǎo)致整組電池出現(xiàn)問(wèn)題，因此不難理解為什么48V的鉛酸電池比36V的鉛酸電池反饋要高，從這個(gè)角度上講鋰電更適合動(dòng)力電池的使用。例如36V 的鋰電只需要10個(gè)單體，而36V鉛酸電池需要18個(gè)單體電池，即3只12V的電池組，而每只12V的鉛酸電池有六個(gè)單格即六個(gè)單體電池組成。

鈦酸鋰電池：鈦酸鋰作為鋰離子電池負(fù)極材料，可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。

鈦酸鋰還可以用作正極，與金屬鋰或鋰合金負(fù)極組成1.5V的鋰二次電池。

由于鈦酸鋰的高安全性、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，預(yù)計(jì)鈦酸鋰材料在數(shù)年后，一定會(huì)成為新一代鋰離子電池的負(fù)極材料而被廣泛應(yīng)用在新能源汽車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)和要求高安全性、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)周期的應(yīng)用領(lǐng)域。鈦酸鋰電池工作電壓2.4V，最高電壓3.0V，充電電流大于2C。

鈦酸鋰電池也由四個(gè)部分組成：正極、負(fù)極、隔膜、電解液、電池殼；

鈦酸鋰特性如下：測(cè)試數(shù)據(jù)表明，在6C充電，6C放電，100%DOD的條件下，鈦酸鋰單體電池的循環(huán)壽命超過(guò)25000次，剩余容量超過(guò)80%，同時(shí)電芯產(chǎn)生的脹氣現(xiàn)象不明顯，不影響其壽命。

4、鈉硫電池

鈉硫電池是一種以金屬鈉為負(fù)極、硫?yàn)檎龢O、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池；在一定的工作溫度下，鈉離子透過(guò)電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應(yīng)，形成能量的釋放和儲(chǔ)存。

鈉硫電池是美國(guó)福特(Ford)公司于1967年首先發(fā)明公布的，至今才40年左右的歷史。

電池通常是由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜和外殼等幾部分組成。一般常規(guī)二次電池如鉛酸電池、鎘鎳電池等都是由固體電極和液體電解質(zhì)構(gòu)成，而鈉硫電池則與之相反，它是由熔融液態(tài)電極和固體電解質(zhì)組成的，構(gòu)成其負(fù)極的活性物質(zhì)是熔融金屬鈉，正極的活性物質(zhì)是硫和多硫化鈉熔鹽，由于硫是絕緣體，所以硫一般是填充在導(dǎo)電的多孔的炭或石墨氈里，固體電解質(zhì)兼隔膜的是一種專(zhuān)門(mén)傳導(dǎo)鈉離子被稱(chēng)為Al2O3的陶瓷材料，外殼則一般用不銹鋼等金屬材料。

鈉硫電池特色：

1）比能量(即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量)高。其理論比能量為760Wh/Kg，實(shí)際已大于150Wh/Kg，是鉛酸電池的3-4倍；

2）可大電流、高功率放電：其放電電流密度一般可達(dá)200-300mA/cm2，瞬時(shí)間可放出其3倍的固有能量；

3）充放電效率高：由于采用固體電解質(zhì)，所以沒(méi)有通常采用液體電解質(zhì)二次電池的那種自放電及副反應(yīng)，充放電電流效率幾乎100%。

鈉硫電池缺陷：

鈉硫電池工作溫度在300-350℃，電池工作時(shí)需要一定的加熱保溫，采用高性能的真空絕熱保溫技術(shù)，可有效地解決這一問(wèn)題。

鈉硫電池已經(jīng)成功用于削峰填谷、應(yīng)急電源、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源的穩(wěn)定輸出以及提高電力質(zhì)量等方面。在國(guó)外已經(jīng)有上百座鈉硫電池儲(chǔ)能電站在運(yùn)行，是各種先進(jìn)二次電池中最為成熟和最具潛力的一種。

5、 空氣電池

空氣電池是化學(xué)電池的一種，構(gòu)造原理與干電池相似，所不同的只是它的氧化劑取自空氣中的氧，空氣電池分類(lèi)如下：

(1）鋅空氣電池( zinc air battery)

用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質(zhì)，以鋅為負(fù)極，以氯化銨或苛性堿溶液為電解質(zhì)的一種原電池，稱(chēng)之為鋅氧電池。分為中性和堿性?xún)蓚€(gè)體系的鋅空氣電池，分別用字母A和P表示，其后再用數(shù)字表示電池的型號(hào)。鋅空氣電池的充電過(guò)程進(jìn)行得十分緩慢，為解決這一問(wèn)題，通常鋅空氣電池的負(fù)極鋅板或鋅粒，被氧化成氧化鋅而失效后，一般采用直接更換鋅板或鋅粒和電解質(zhì)的方法，使鋅空氣電到完全更新。

(2）鋰空氣電池

鋰空氣電池并非新概念，由于在正極上使用空氣中的氧作為活性物質(zhì)，理論上正極的容量密度是無(wú)限的，可加大容量。另外，如果負(fù)極使用金屬鋰，理論容量會(huì)比鋰離子充電電池提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

但是鋰-空氣電池至今都未普及其原因是它存在致命缺陷，即固體反應(yīng)生成物氧化鋰(Li2O)會(huì)在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止；日本的研究院克服了這個(gè)困難，但要想實(shí)現(xiàn)商用，可能還需要10年。

(3）鋁空氣電池

鋁空氣電池是以鋁與空氣作為電池材料的一種新型電池。它是一種無(wú)污染、長(zhǎng)效、穩(wěn)定可靠的電源，是一款對(duì)環(huán)境十分友好的電池。電池的結(jié)構(gòu)以及使用的原材料可根據(jù)不同實(shí)用環(huán)境和要求而變動(dòng)，具有很大的適應(yīng)性，既能用于陸地也能用于深海，既可做動(dòng)力電池，又能作長(zhǎng)壽命高比能的信號(hào)電池，是一款十分強(qiáng)大的電池，有很廣闊的應(yīng)用前景。

鋁空氣電池的化學(xué)反應(yīng)與鋅空氣電池類(lèi)似，鋁空氣電池以高純度鋁Al(含鋁99.99%)為正極、氧為負(fù)極，以氫氧化鉀(KOH)和氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質(zhì)。鋁攝取空氣中的氧，在電池放電時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，鋁和氧作用轉(zhuǎn)化為氧化鋁。鋁空氣電池的進(jìn)展十分迅速，它在EV（純電動(dòng)汽車(chē)）上的應(yīng)用已取得良好效果，是一種很有發(fā)展前途的空氣電池。

鋁空氣電池優(yōu)點(diǎn)

l 比能量大；

l 質(zhì)量輕；

l 鋁沒(méi)有毒性和危險(xiǎn)性。

鋁空氣電池缺點(diǎn)

l 比功率低；

l 充電和放電速度緩慢；

l 電壓滯后，自放電率較大；

l 需采用熱管理系統(tǒng)來(lái)防止鋁空氣電池工作時(shí)的過(guò)熱。

6、超級(jí)電容電池

超級(jí)電容電池又叫雙電層電容器(Electrical Double-LayerCapacitor)是一種新型儲(chǔ)能裝置，它具有充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。

超級(jí)電容器用途廣泛：用作起重裝置的電力平衡電源，可提供超大電流的電力；用作車(chē)輛啟動(dòng)電源，啟動(dòng)效率和可靠性都比傳統(tǒng)的蓄電池高，可以全部或部分替代傳統(tǒng)的蓄電池；用作車(chē)輛的牽引能源可以生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)、替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)、改造現(xiàn)有的無(wú)軌電車(chē)；用在軍事上可保證坦克車(chē)、裝甲車(chē)等戰(zhàn)車(chē)的順利啟動(dòng)（尤其是在寒冷的冬季）、作為激光武器的脈沖能源。此外還可用于其他機(jī)電設(shè)備的儲(chǔ)能能源。

突出優(yōu)點(diǎn)是功率密度高、充放電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬，是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種，其特性羅列如下：

（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%

以上；

（2）循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬(wàn)次，

沒(méi)有“記憶效應(yīng)”；

（3）大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過(guò)程損失小，大電流

能量循環(huán)效率≥90%；

（4）功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的

5~10倍；

（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過(guò)程均沒(méi)有污染，

是理想的綠色環(huán)保電源；

（6）充放電線路簡(jiǎn)單，無(wú)需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，

長(zhǎng)期使用免維護(hù)；

（7）超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃～+70℃；

（8）檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出；

（9）容量范圍通常0.1F--1000F 。

7、飛輪電池

飛輪電池是20世紀(jì)90年代才提出的新概念電池，它突破了化學(xué)電池 的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。

眾所周知，當(dāng)飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就具有一定的動(dòng)能。飛輪電池正是以其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的。高技術(shù)型的飛輪用于儲(chǔ)存電能，就很像標(biāo)準(zhǔn)電池。

飛輪電池中有一個(gè)電機(jī)，充電時(shí)該電機(jī)以電動(dòng)機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動(dòng)下，電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池"充電"增加了飛輪的轉(zhuǎn)速?gòu)亩龃笃涔δ?；放電時(shí)，電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動(dòng)下對(duì)外輸出電能，完成機(jī)械能（動(dòng)能）到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)飛輪電池發(fā)出電的時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)速逐漸下降，飛輪電池的飛輪是在真空環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)速極高（高達(dá)200000r/min），使用的軸承為非接觸式磁軸承。據(jù)稱(chēng)，飛輪電池比能量可達(dá)150Wh/kg，比功率達(dá)5000-10000W/kg，使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年，可供電動(dòng)汽車(chē)行駛500萬(wàn)公里。

美國(guó)飛輪系統(tǒng)公司已用最新研制的飛輪電池成功地把一輛克萊斯勒LHS轎車(chē)改成電動(dòng)轎車(chē)，一次充電可行駛600km，由靜止到96km/h加速時(shí)間為6.5秒。

8、燃料電池

燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成，不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。這里以氫-氧燃料電池為例來(lái)說(shuō)明燃料電池

氫-氧燃料電池反應(yīng)原理是電解水的逆過(guò)程。

電極反應(yīng)為：

負(fù)極：H2 +2OH-→2H2O +2e-；

正極：1/2O2+H2O+2e-→2OH-；

電池反應(yīng)：H2+1/2O2==H2O。

燃料電池組成部分

1、電極（Electrode）

燃料電池的電極是燃料發(fā)生氧化反應(yīng)與氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所。

電極分兩部分，其一為陽(yáng)極（Anode），另一為陰極（Cathode），

2、電解質(zhì)隔膜 （Electrolyte Membrane）

電解質(zhì)隔膜的主要功能在分隔氧化劑與還原劑，并傳導(dǎo)離子；

3、集電器 （Current Collector）

集電器又稱(chēng)作雙極板（Bipolar Plate），具有收集電流、分隔氧化劑與還原劑、疏導(dǎo)反應(yīng)氣體等之功用；

4、輔助系統(tǒng)

反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)、安全裝置等。

燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極（陽(yáng)極）和空氣極（陰極）、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過(guò)。

按燃料的處理方式的不同，可分為直接式、間接式和再生式。直接式燃料電池按溫度的不同又可分為低溫、中溫和高溫三種類(lèi)型。間接式的包括重整式燃料電池和生物燃料電池。再生式燃料電池中有光、電、熱、放射化學(xué)燃料電池等。按照電解質(zhì)類(lèi)型的不同，可分為堿型、磷酸型、聚合物型、熔融碳酸鹽型、固體電解質(zhì)型燃料電池。

豐田Mirai搭載的燃料電池堆棧是由370片薄片燃料電池組成的，因此被稱(chēng)為“堆棧”，一共可以輸出114千瓦的發(fā)電功率。

9、太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能電池又稱(chēng)為“太陽(yáng)能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽(yáng)光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被滿足一定照度條件的光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學(xué)上稱(chēng)為太陽(yáng)能光伏（Photovoltaic，voltaics伏特，縮寫(xiě)為PV），簡(jiǎn)稱(chēng)光伏。

工作原理

太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路后就產(chǎn)生電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。

太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。

太陽(yáng)能電池組件構(gòu)成及各部分功能：

1） 鋼化玻璃：其作用為保護(hù)發(fā)電主體（電池片），

其特性如下：透光率在91%以上；超白鋼化處理；

2） EVA：其作用是 用來(lái)粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（電池片），透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，主要粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板。

3） 電池片：其主要作用就是發(fā)電，分兩類(lèi)：

晶體硅太陽(yáng)能電池片：設(shè)備成本相對(duì)較低，光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽(yáng)光下發(fā)電比較適宜，但消耗及電池片成本很高；

薄膜太陽(yáng)能電池片：消耗和電池成本很低，弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，但相對(duì)設(shè)備成本較高，光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)晶體硅電池片一半多點(diǎn)，如計(jì)算器上的太陽(yáng)能電池。

4） 背板作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，大部分組件廠家都是質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒(méi)問(wèn)題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)到要求。）

5） 鋁合金保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用。

6） 接線盒保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動(dòng)斷開(kāi)短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統(tǒng)接，線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類(lèi)型不同，對(duì)應(yīng)的二極管也不相同。

7） 硅膠密封作用，用來(lái)密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來(lái)替代硅膠，國(guó)內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡(jiǎn)單，方便，易操作，而且成本很低。

太陽(yáng)能發(fā)電方式

1）光—熱—電轉(zhuǎn)換

光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過(guò)程是光—熱轉(zhuǎn)換過(guò)程；后一個(gè)過(guò)程是熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程，與普通的火力發(fā)電一樣。

2）光—電直接轉(zhuǎn)換

太陽(yáng)光電的發(fā)電原理是利用太陽(yáng)電池吸收0.4μm～1.1μm波長(zhǎng)(針對(duì)硅晶)的太陽(yáng)光，將光能直接轉(zhuǎn)變成電能輸出的一種發(fā)電方式。

由于太陽(yáng)能電池產(chǎn)生直流電，需加裝直/交流轉(zhuǎn)換器（DC/AC逆變器），換成交流電供家庭用電或工業(yè)用電。