電池結(jié)構(gòu)的組件介紹

電池和電池的結(jié)構(gòu)是儲(chǔ)能的基本支柱。

本文深入探討了構(gòu)成這些單元的組件，包括電極、隔板和電解質(zhì)。介紹了堆疊板和圓柱形結(jié)構(gòu)之間的比較分析，以及細(xì)胞盒的重要性以及初級(jí)和次級(jí)化學(xué)之間的區(qū)別。討論擴(kuò)展到串聯(lián)電池的配置，形成串，并并聯(lián)創(chuàng)建電池組。

混淆的一個(gè)來(lái)源是電池和電池之間的含義差異。術(shù)語(yǔ)“電池”通常意味著“一排...”。就像在一連串槍或電池母雞中一樣。電池是一排電池。典型的 12 伏汽車電池由六節(jié)標(biāo)稱為 2 伏的電池制成。

電極

電極，也稱為“板”，是電池的集電器。負(fù)極板從電解質(zhì)中收集電子，在此過(guò)程中帶負(fù)電。

另一方面，正極板從電解質(zhì)中收集帶正電的離子，為每個(gè)離子釋放一個(gè)電子，因此在此過(guò)程中帶正電。

電極是金屬的或由金屬漿料組成，當(dāng)電解質(zhì)與電解質(zhì)一起時(shí)，這些漿料會(huì)化學(xué)充電。它們可能是圓形的，但通常是扁平的，或者由平板卷成或折疊成線圈或束制成，使正極板和負(fù)極板緊密地靠在一起。

雖然鉛酸電池可以被認(rèn)為是具有純鉛板，但鉛金屬實(shí)際上含有約10%的銻以增加鉛板的強(qiáng)度。

分隔符

保持靠近的電極偶爾會(huì)接觸，導(dǎo)致短路并導(dǎo)致高故障電流。為了阻止這些短路，通常在相對(duì)的板之間放置一個(gè)分離器，如圖1所示。鉛酸電池中的隔板曾經(jīng)只是干燥的木材，但隨著技術(shù)生產(chǎn)出更好的材料，隔板變成了多孔薄塑料片，使板更緊密地結(jié)合在一起。

* 圖1. 典型的濕電池結(jié)構(gòu)。圖片由ResearchGate提供*

隨著對(duì)更輕、更小電池的不斷探索，使用印有金屬電極絲網(wǎng)的隔膜材料的新技術(shù)不僅是可能的，而且可能已經(jīng)在使用。

電解質(zhì)

電解質(zhì)與電極或板一起形成進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的三重奏。請(qǐng)記住，通常同時(shí)有兩個(gè)（或多個(gè)）化學(xué)反應(yīng)：一個(gè)在正極板上，一個(gè)在負(fù)極板上。

電解質(zhì)將離子從一個(gè)板輸送到另一個(gè)板。因此，電解質(zhì)越厚，離子行進(jìn)的距離越大。更流動(dòng)的電解質(zhì)將允許離子更自由地傳播，但更有可能溢出或溢出。因此，凝膠型或糊狀電解質(zhì)已變得很常見(jiàn)，但電池必須能夠散熱，以使糊狀物和凝膠不會(huì)沸騰或變干。放氣還會(huì)導(dǎo)致電池永久損壞。

堆疊板與圓柱形結(jié)構(gòu)

較舊的鉛酸電池由鑄造鉛板制成，上面裝有糊狀物。然后將這些板和隔板堆疊起來(lái)，通常在兩側(cè)都有負(fù)極板，因此總是比正極板多一個(gè)負(fù)極板。電池通常被稱為 7 板、9 板或多達(dá) 17 板電池。

另一種適用于較薄板的結(jié)構(gòu)形式是將板形成適合圓柱體的卷狀，圓柱體成為單元?？傮w設(shè)計(jì)目的是增加板的面積，減少內(nèi)阻。

細(xì)胞盒

如上所述，將電池組或板和分離器包裝放入電池盒或圓柱體中，為電池組提供安全的家，保護(hù)其免受機(jī)械損壞并將電池組保持在可以連接正負(fù)極連接的位置。

細(xì)胞盒的底部有一個(gè)空間供任何外來(lái)顆粒收集，因此它們不會(huì)使板的底部短路。該空間隨電池的設(shè)計(jì)而變化，但可能會(huì)充滿，導(dǎo)致電池短路，從而導(dǎo)致電池非常熱。

否則，盒子與板緊密貼合，以防止它們移動(dòng)，尤其是在道路使用等移動(dòng)應(yīng)用中。細(xì)胞盒的頂部在酸上方留出一些空間，因此不會(huì)溢出或飛濺。這也允許一些冒泡而不會(huì)將酸排放到外部世界。

電池盒的頂部通常由帶有通風(fēng)蓋的膠合或焊接頂蓋封閉，該頂蓋允許電池呼吸，排出任何氣體或蒸汽，同時(shí)防止灰塵和污垢進(jìn)入。

頂蓋中的其他開(kāi)口用于端子，在大多數(shù)單元格中，端子只是與下一個(gè)單元格連接。

初級(jí)化學(xué)與二級(jí)化學(xué)

電池和電芯技術(shù)分為原電池和次級(jí)電池。二次電池可以很容易地，或者至少在經(jīng)濟(jì)上，一旦平坦（耗盡能量）就充電。

因此，原電池通常被認(rèn)為是不可充電的，這并不完全正確。許多原代電池可以充電，但該過(guò)程效率低下，可能產(chǎn)生毒性或污染。

堿性電池直到幾年前才被認(rèn)為是可充電的，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)和制造了合適的充電器。然后，一些電池制造商開(kāi)始制造設(shè)計(jì)上被認(rèn)為是可充電的電池。

串聯(lián)單元格 – 字符串

當(dāng)電池僅產(chǎn)生很小的端電壓時(shí)，它們串聯(lián)以產(chǎn)生更高的總電壓，即電池端電壓。請(qǐng)記住，“電池”通常被視為連續(xù)多個(gè)項(xiàng)目。當(dāng)單獨(dú)的電池串聯(lián)連接時(shí)，它們通常被稱為“電池串”，這一術(shù)語(yǔ)在太陽(yáng)能電池系統(tǒng)中變得越來(lái)越普遍。換句話說(shuō)，一串細(xì)胞是一組電池。

**示例 1： **12 V 高功率手電筒使用端電壓為 1.5 伏的“D”電池。需要多少個(gè)單元格？

并行單元 – 銀行

當(dāng)多串電池或電池的電池并聯(lián)以增加總電流容量時(shí)，它被稱為電池組。

**示例 2： **如果將 36 個(gè)鉛酸電池連接在電池組中以產(chǎn)生 12 V，則有多少組電池？

電池和電池結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)

深入了解電池和電池結(jié)構(gòu)對(duì)于理解其功能和優(yōu)化性能至關(guān)重要。電極、隔膜、電解質(zhì)和電池盒是有助于電池和電池整體運(yùn)行的關(guān)鍵部件。堆疊板和圓柱形結(jié)構(gòu)之間的選擇，以及初級(jí)和次級(jí)化學(xué)，決定了電池對(duì)特定應(yīng)用的適用性。此外，串聯(lián)或并聯(lián)電池可以控制電壓和電流輸出。