文|江卿曻

编辑|江卿曻

前言

电池是现代最重要的发明之一，为各种应用提供了便捷可靠的储能解决方案。
它们在我们的日常生活中扮演着重要的角色，为从小型手持设备到电动汽车和可再生能源系统的一切事物供电。
本文旨在提供一个全面的概述电池，探讨其基本原理，历史发展，类型，工作机制和目前的应用。
电池的历史可以追溯到古代，早期文明利用原始形式的储能装置。

巴格达炮台可以追溯到帕提亚时期(公元前250年- 224年)，是已知的最早的例子之一。
电池技术的重大进步仅发生在19世纪和20世纪。
亚历山德罗·伏打在1800年发明了第一个真正的电池“伏打电池堆”，这是一个重要的里程碑。
迈克尔·法拉第和托马斯·爱迪生等科学家随后的发现为现代电池的发展奠定了基础。

现代重要发明之一，提供便携储能方案，蓄电池究竟有何作用？

基本介绍

碱性电池:这种不可充电电池通常用于遥控器和手电筒等家用设备，电池的工作机制基于充电和放电循环中发生的可逆化学反应。
在充电过程中，外部电压施加到电池上，导致氧化还原反应以相反的方向进行，将电能储存在电池中。
当电池放电时，储存的化学能转换回电能，为连接的设备或系统供电。
几个因素影响电池的性能和特性。

容量是一个至关重要的参数，它定义了电池可以存储的电量，通常以安培小时(Ah)或瓦特小时(Wh)来衡量。
另一个重要方面是电压，它根据电池的化学性质和配置而变化。
电池的效率取决于在充电和放电过程中有多少能量作为热量损失掉了。
电池在各种行业和日常设备中都有应用。
智能手机、笔记本电脑和平板电脑等便携式电子设备的移动性依赖于电池。

电动汽车使用先进的电池组来驱动电机，可再生能源系统储存太阳能和风能等来源的剩余能量，以备后用。
数据中心、医院和应急服务中的备用电源系统可确保停电期间的不间断运行。
由于电池在许多应用中起着至关重要的作用，电池管理系统(BMS)被用来监测和控制电池性能。
BMS有助于优化充电和放电周期，防止过度充电或过度放电。

并确保电池的安全性和寿命，虽然电池提供了许多好处，但它们的处置和环境影响带来了挑战。
正确回收和处理电池对于防止有害物质污染环境至关重要。
研究人员正在不断努力开发更可持续和环保的电池技术。
电池通过为大量应用提供便携式能量存储，彻底改变了现代社会。
从简陋的开端到先进的锂离子电池，电池技术的发展经历了一段非凡的旅程。

主要功能

电动汽车中的电池储存和供应电能，为车辆的电动马达提供动力，取代传统的内燃机。
电池的这一功能减少了碳排放，减少了对化石燃料的依赖，并有助于建设一个更环保、更可持续的交通系统。
像太阳能和风能这样的可再生能源是间歇性的，只有在阳光普照或刮风的时候才能产生能量。
为了确保稳定和一致的电力供应，电池用于存储高峰时期产生的多余能量。

这种储存的能量可以在可再生能源产量低或电力需求高的时期使用，从而提高可再生能源系统的效率和可靠性。
在断电可能造成严重后果的关键应用中，电池充当不间断电源(UPS)。
数据中心、医院、应急服务和各种行业都依赖UPS系统来确保电力中断时的连续运行。
电池为这些系统提供备用电源，为发电机启动或不间断恢复供电提供必要的时间。

企业可以在电费较低时给电池充电，在电费较高时给电池放电，从而优化能源管理并降低运营成本。
在偏远或离网地区，建立电力基础设施具有挑战性或不经济，电池提供了可靠的电源。
它们可以储存来自可再生资源或其他方式的能量，并提供电力来满足偏远地区的社区或业务需求。
电池在应急和灾难准备中发挥着重要作用。

应急包中的便携式电池、太阳能充电器和电池供电的通信设备是紧急情况、自然灾害或人道主义救援工作中必不可少的工具。
电池通过在非高峰期间储存能量并在高峰需求期间释放能量来提高能效。
这种做法被称为调峰，有助于减少高峰时段发电设施的压力，优化其效率和整体性能。
电池在各种行业和应用中具有多种重要功能。

产品种类

电池有多种类型，每一种都是为满足特定的要求和应用而设计的，多年来，研究人员和工程师开发了多种多样的电池技术，以满足便携式电子产品、电动汽车、可再生能源存储等需求。
本文深入研究不同类型的电池，探索它们的特点、优势和局限性。
铅酸电池是最古老和最广泛使用的电池类型之一。
它们由浸在硫酸电解液中的铅和二氧化铅电极组成。

他们使用锂化合物作为正极和负极的活性材料，并使用溶解在非水电解质中的锂盐。
锂离子电池以其高能量密度、轻重量和低自放电率而闻名。
它们具有很高的循环寿命，这意味着它们可以多次充电和放电，而不会失去很大的容量。
虽然锂离子电池提供了出色的性能，但它们需要仔细管理，以防止过度充电或过度放电，这可能会导致安全问题。

镉的存在和记忆效应问题导致NiCd电池逐渐被淘汰，取而代之的是更环保的替代品，镍锌电池是一种相对新型的可充电电池，使用氧化锌阴极和镍阳极。
与NiCd电池相比，它们具有更高的能量密度，并且更加环保，因为它们不含有毒的镉。
镍锌电池在汽车和可再生能源领域有潜在的应用。
它们面临着循环寿命和可靠性的挑战，这限制了它们的广泛采用。

钠离子电池是一项新兴技术，在储能应用方面显示出了前景，他们使用钠离子作为电荷载体，而不是更丰富、更便宜的锂离子。
钠离子电池在能量密度和循环寿命方面具有与锂离子电池相似的特性，使其成为大规模储能系统的潜在替代品。
需要进一步的研究来提高它们的性能和商业可行性。
电池有多种类型，每一种都是为满足特定要求和应用而定制的。

主要用途

电池在现代社会中发挥着至关重要的作用，为各种应用提供了便携式和可靠的储能解决方案。
从为小型手持设备供电到支持大规模可再生能源系统，电池已经改变了我们生活、工作和与技术互动的方式。
本文探讨了电池的主要应用，强调了它们在各种行业和日常生活中的重要性。
电池最常见和最基本的应用之一是在便携式电子设备中。

智能手机、笔记本电脑、平板电脑、智能手表和数码相机都依赖电池工作，而无需持续连接电源。
携带这些设备到任何地方并保持连接的能力已经彻底改变了通信、生产力和娱乐，提高了全球数十亿人的生活质量。
电动汽车的出现为可持续交通提供了一个变革性的解决方案。
电池为电动汽车、公共汽车和自行车提供动力，使它们可以用电而不是化石燃料运行。

电动汽车有很多好处，包括减少温室气体排放、降低运营成本和减少对有限石油储备的依赖。
电池技术的进步扩大了电动汽车的行驶里程，加速了电动汽车的普及。
像太阳能和风能这样的可再生能源天生就是间歇性的，只有在阳光普照或刮风的时候才会发电。
电池提供了一种关键的解决方案，用于存储高峰时期产生的过剩能量，并在能量生产低或需求高时供应能量。

在大规模能源系统中，电池在调峰和负载均衡方面发挥着至关重要的作用，在电力需求低的时期，多余的电力可以储存在电池中，而在需求高峰时期，这些电池可以放电以减少发电设施的压力。
这种负载均衡功能有助于优化能源分配，稳定电网，并减少对额外发电厂的需求。
在电力基础设施有限的偏远或离网地区，电池提供了可靠的电源。

结语

偏远社区、研究站、气象监测站和电信塔依靠电池系统存储太阳能电池板、风力涡轮机或柴油发电机的能量，为基本服务和通信提供电力。
电池在应急准备中发挥着至关重要的作用，在自然灾害、紧急情况或人道主义救援工作中为重要设备提供电力。
应急包中的便携式电池、太阳能充电器和电池供电的通信设备是灾难响应和恢复中必不可少的工具。

在现代电网中，电池越来越多地用于提供辅助服务，如频率调节、电压支持和电网稳定。
电池系统可以对电力需求或供应的波动做出快速反应，有助于保持电网稳定，确保可靠的电力供应。
电池供电的个人移动设备，如电动自行车和悬浮滑板，为短途交通提供了环保和方便的替代选择。
这些设备在城市环境中越来越受欢迎，有助于减少交通拥堵和降低排放。

参考文献

【1】《机械原理与机械零件》 屈国华、康介铎、黄文灿、何元庚 高等教育出版 2011年

【2】《机械零部件设计》 张金美 机械工业出版社 2019年6月

【3】《机械零件常识》黄文 机械工业出版社 2019年4月