邱元陽(yáng)
編者按:隨著科技的發(fā)展,電子產(chǎn)品的使用越來(lái)越頻繁,也越來(lái)越便利了。很難想象,在現(xiàn)代社會(huì),有誰(shuí)會(huì)不用電子產(chǎn)品。說(shuō)到電子產(chǎn)品,必然會(huì)涉及充電的問(wèn)題,可是,您了解自己手中的電池嗎?我們?cè)撊绾魏侠響?yīng)用呢?在此,主持人和嘉賓將分兩期對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行深入探討。
無(wú)論是手機(jī)、平板電腦等通訊設(shè)備,還是MP4、PSP等娛樂設(shè)備,抑或是數(shù)碼相機(jī)、錄像機(jī)等記錄設(shè)備,各種數(shù)碼產(chǎn)品都有一個(gè)共同特點(diǎn),那就是需要電池供電。
隨著設(shè)備應(yīng)用復(fù)雜性的提升,功耗也同步提升,電池續(xù)航能力已成為移動(dòng)設(shè)備發(fā)展的制約因素之一。
● 電池的歷史──前世今生
也許在古代,人類文明就已經(jīng)在使用類似電池的東西了。在伊拉克的巴格達(dá)附近,曾發(fā)現(xiàn)過(guò)被認(rèn)為有數(shù)千年歷史的黏土瓶,它有一根插在銅制圓筒里的鐵條,這似乎是遠(yuǎn)古時(shí)代電池的原型,與1746年的萊頓瓶倒有些神似。
雖然人類對(duì)“電”早就有了認(rèn)識(shí),也一直想方設(shè)法把電儲(chǔ)存起來(lái),但是真正的電池直到1800年才出現(xiàn),那就是意大利人伏打發(fā)明的人類歷史上第一套電源裝置——伏打電堆。
此后,在經(jīng)典的伏打電池基礎(chǔ)上,又出現(xiàn)了丹尼爾電池、本生電池、格羅夫電池等,解決了電池極化問(wèn)題。
1860年,鉛酸電池誕生并得到應(yīng)用。同時(shí)出現(xiàn)的還有雷克蘭士發(fā)明的濕電池。
1868年,赫勒森發(fā)明了最早的干電池,其電解液為糊狀,不會(huì)溢漏,便于攜帶,取代濕電池獲得了廣泛應(yīng)用。
這期間,還有氫-氧燃料電池、空氣電池、氧化銀電池、鋅錳電池、鋅銀電池、糊式勒克謝電池等多種電池形式,各種新的電池技術(shù)遍地開花。之后,鎳鎘電池、鎳鐵電池、鎳鋅電池等堿性蓄電池相繼誕生。
進(jìn)入20世紀(jì)后,電池理論和技術(shù)一度停滯,直到二戰(zhàn)之后,電池技術(shù)才又進(jìn)入快速發(fā)展期,密封式鎳鎘電池、燒結(jié)式鎳鎘電池開始生產(chǎn),堿性錳電池亦進(jìn)入商品化,太陽(yáng)能電池也研制成功。
1960年,鎳氫電池研制成功,1984年飛利浦公司解決了LaNi5合金在充放電過(guò)程中的容量衰減問(wèn)題,掀起了MH-Ni電池開發(fā)熱潮。
1990年,索尼公司宣布制成了鋰離子蓄電池并于1992年商品化。
1994年,美國(guó)Bellcore公司宣布研制成功聚合物鋰離子電池。
此后,電池的應(yīng)用也得到了不斷發(fā)展,滲入到社會(huì)生活的各個(gè)方面。從家用的鬧鐘、手表、手電筒、收音機(jī)、CD唱機(jī)、移動(dòng)電話的供電,到商用的賓館、超市、醫(yī)院、電話交換機(jī)等場(chǎng)合用的應(yīng)急電源,從汽車、摩托車的啟動(dòng)電源,到電動(dòng)工具、拖船、輪椅車、觀光車、電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車等的動(dòng)力電池,從電網(wǎng)調(diào)節(jié)、應(yīng)急照明、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不間斷供電的儲(chǔ)能,到導(dǎo)彈、潛艇和魚雷等軍需,各種電池?zé)o不擔(dān)當(dāng)著重要的角色。
● 形形色色的電池——電池種類
因?yàn)閼?yīng)用領(lǐng)域和方向不同,電池的種類也是五花八門,形形色色。
1.按工作原理劃分
化學(xué)電池:通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成電流,如干電池、鉛蓄電池、鋰離子電池、鈕扣電池等。
物理電池:通過(guò)物理轉(zhuǎn)換得到電流,一般指光能電池,如太陽(yáng)能電池等。
燃料電池:如氫氧燃料電池、微生物燃料電池等。
2.按電解液種類劃分
堿性電池:電解質(zhì)主要以氫氧化鉀溶液為主的電池,如堿性鋅錳電池(堿錳電池、堿性電池)、鎘鎳電池、鎳氫電池等。
酸性電池:主要以硫酸溶液為介質(zhì),如鋅錳干電池(酸性電池)、海水電池等。
有機(jī)電解液電池:主要以有機(jī)溶液為介質(zhì)的電池,如鋰電池、鋰離子電池等。
3.按工作性質(zhì)和貯存方式劃分
一次電池:又稱原電池,即不能再充電的電池,如鋅錳干電池,鋰原電池等。
二次電池:即可充電電池,如鎳氫電池、鋰離子電池、鎘鎳電池等。
蓄電池:習(xí)慣上指鉛酸蓄電池,也是二次電池。
燃料電池:即活性材料在電池工作時(shí)才連續(xù)不斷地從外部加入電池,如氫氧燃料電池等。
貯備電池:電池貯存時(shí)不直接接觸電解液,直到電池使用時(shí),才加入電解液,如鎂化銀電池(又稱海水電池)等。
4.按電池正負(fù)極材料劃分
鋅系列電池:鋅錳電池、鋅銀電池等。
鎳系列電池:鎘鎳電池、氫鎳電池等。
鉛系列電池:鉛酸電池等。
鋰系列電池:鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋰錳電池等。
二氧化錳系列電池:鋅錳電池、堿錳電池等。
空氣(氧氣)系列電池:鋅空電池等。
表1是常見的各種電池的相關(guān)參數(shù)。
值得一提的是,太陽(yáng)能作為一種低成本無(wú)污染的新型能源正在被大力推廣,太陽(yáng)能電池也有了越來(lái)越多的用武之地。
從1839年法國(guó)科學(xué)家E. Becquerel發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)(簡(jiǎn)稱光伏現(xiàn)象)算起,太陽(yáng)能電池已經(jīng)經(jīng)過(guò)了160多年的漫長(zhǎng)發(fā)展。貝爾實(shí)驗(yàn)室三位科學(xué)家研制單晶硅太陽(yáng)電池成功,是太陽(yáng)能電池發(fā)展史上的里程碑,到目前為止,太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和機(jī)理仍沒有改變。
從材料上劃分,太陽(yáng)能電池分為單晶硅(光電轉(zhuǎn)換效率為15%~24%)、多晶硅(光電轉(zhuǎn)換效率約12%)、非晶硅(光電轉(zhuǎn)換效率為10%)、多元化合物幾種。
基于植物的可回收太陽(yáng)能電池,基于納米技術(shù)的納米太陽(yáng)能電池,以及基于有機(jī)聚合體的“塑料”太陽(yáng)能電池等的研究都取得了很大進(jìn)展。微型的太陽(yáng)能電池已經(jīng)在計(jì)算器和充電器上使用了。
用細(xì)菌制成的電池很快也將會(huì)為我們的電子產(chǎn)品供電。把細(xì)菌體表蛋白生成的能量收集起來(lái)作為電能,將會(huì)出現(xiàn)由細(xì)菌產(chǎn)生清潔電流的“生物電池”。
微生物燃料電池也不是一個(gè)新概念。賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究小組正嘗試開發(fā)微生物燃料電池,試圖將未經(jīng)處理的污水轉(zhuǎn)變成干凈的水,同時(shí)發(fā)電,甚至實(shí)現(xiàn)海水淡化。
未來(lái)電池的發(fā)展已經(jīng)給我們展現(xiàn)出了一幅美好的畫卷,各式電池的應(yīng)用也將進(jìn)一步豐富人類的社會(huì)生活。
● 生命的輪回──充電電池
由于原電池的一次性使用造成了很大的浪費(fèi),人們迫切需要使電池可以重復(fù)使用的方法,實(shí)現(xiàn)電池生命的輪回。如今,可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用的充電電池有很多種,如鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。
1860年,普朗泰發(fā)明了用鉛做電極的電池。這種電池的獨(dú)特之處是,當(dāng)電池使用一段時(shí)間后電壓下降時(shí),可以給它通以反向電流,使電池電壓回升。因?yàn)檫@種電池能充電,可以反復(fù)使用,所以稱它為“蓄電池”。10年后,采用西門子發(fā)電機(jī)將鉛酸電池改為二次電池。1882年,鉛酸電池實(shí)現(xiàn)商品化,成為最先得到應(yīng)用的充電電池體系。
隨后,鎳鎘電池、鎳鐵電池、鎳氫電池誕生,在20世紀(jì)80年代得到迅速發(fā)展。
1970年,采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料、金屬鋰作為負(fù)極材料的首個(gè)鋰離子電池研制成功。
1991—1992年,鋰離子電池實(shí)現(xiàn)商品化,革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。目前在數(shù)碼產(chǎn)品上最常用到的充電電池,就是鎳氫電池和鋰離子電池,鎳鎘電池因?yàn)橛洃浶?yīng)的緣故使用越來(lái)越少,主要用于電動(dòng)工具等短時(shí)大電流的場(chǎng)合。
記憶效應(yīng)是指電池長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受特定的工作循環(huán)后,充放電深度自動(dòng)保持這一特定傾向的現(xiàn)象。記憶效應(yīng)一般只發(fā)生在鎳鎘電池上,鎳氫電池較少,鋰電池則無(wú)此現(xiàn)象。發(fā)生的原因是由于電池重復(fù)的部分充電和放電不完全,使電池暫時(shí)性的容量減小,導(dǎo)致使用時(shí)間縮短。為防止鎳鎘電池記憶效應(yīng)產(chǎn)生,應(yīng)將電池使用到?jīng)]電再充電,或在有放電功能的充電器上先行放電。記憶效應(yīng)是可逆的容量損失,消除方法有嚴(yán)格的規(guī)范和操作流程,用定期深放電到規(guī)定電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
鎳鎘的袋式電池不存在記憶效應(yīng),燒結(jié)式電池有記憶效應(yīng),而鎳氫電池是否有記憶效應(yīng)則有不同說(shuō)法,因?yàn)閷?shí)際上它還涉及了另一種影響電池充放電性能的因素,就是鎳基電池的“晶格化”(電池內(nèi)容物產(chǎn)生結(jié)晶)。通常情況,鎳鎘電池受這兩種效應(yīng)的綜合影響,而鎳氫電池則只受“晶格化”記憶效應(yīng)的影響,而且影響較鎳鎘電池而言很小。
鋰離子電池是沒有記憶效應(yīng)的,新的鋰離子電池也不需要深充深放來(lái)“激活”。
鋰離子電池具有能量密度高(可達(dá)150~200Wh/kg)、開路電壓高(3.3~4.2V)、循環(huán)壽命長(zhǎng)(1000次以上)、輸出功率大(300~1500W/kg@20s)、無(wú)記憶效應(yīng)、充放電速度快以及低自放電(小于5%~10%/月)、工作溫度范圍寬(-20℃~60℃)、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、軍用產(chǎn)品、航空產(chǎn)品等。目前手機(jī)、筆記本電腦上使用的幾乎都是鋰離子電池。
鋰離子電池多年來(lái)一直集中在3C產(chǎn)業(yè),較少應(yīng)用在規(guī)模更大的儲(chǔ)能和動(dòng)力電池市場(chǎng),主要原因之一是過(guò)去鋰電池采用的鈷酸鋰正極材料(LiCoO2)成本較高,并且難以應(yīng)用在耐受穿刺、沖撞和高低溫等特殊環(huán)境,并且不能滿足對(duì)安全的絕對(duì)要求。各國(guó)都曾投入大量的研發(fā)人力與資源,尋找能夠取代或解決LiCoO2問(wèn)題的新材料,并取得了很大進(jìn)展。當(dāng)前鋰電池正極材料正在經(jīng)歷著從消費(fèi)電子的鈷酸鋰正極材料向動(dòng)力型鋰電池演變的過(guò)程,沿著正極去鈷化的方向發(fā)展,形成錳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰三條技術(shù)路線。
與其他充電電池不同,鋰離子電池的容量會(huì)緩慢衰退,與使用次數(shù)無(wú)關(guān),而與溫度有關(guān)??赡艿脑蚴莾?nèi)阻逐漸升高,所以在工作電流高的電子產(chǎn)品的應(yīng)用上更容易體現(xiàn)這一點(diǎn)。
鋰離子電池儲(chǔ)存溫度與容量永久損失速度的關(guān)系見下頁(yè)表2。
由此可知,鋰離子電池長(zhǎng)時(shí)間過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致容量減小甚至失效。
另外,鋰離子電池也不耐受過(guò)充過(guò)放。過(guò)充電時(shí),電極脫嵌過(guò)多鋰離子,可導(dǎo)致晶格坍塌,從而縮短壽命;過(guò)放電時(shí),過(guò)量嵌入的鋰離子會(huì)永久固定于晶格中,無(wú)法再釋放,也導(dǎo)致電池壽命縮短。過(guò)熱時(shí),電池內(nèi)部還會(huì)釋放氣體,形成較大壓強(qiáng),壓力繼續(xù)增大就會(huì)破裂,并因?yàn)楹扇嘉锒纬杀ā?/p>
正因如此,鋰離子電池在設(shè)計(jì)時(shí)需要采取多重保護(hù)機(jī)制,利用保護(hù)電路,防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載、過(guò)熱;利用排氣孔,避免電池內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)大;利用隔膜,提高抗穿刺強(qiáng)度,防止內(nèi)部短路,并在電池內(nèi)部溫度過(guò)高時(shí)融化,阻止鋰離子通過(guò),阻滯電池反應(yīng),升高內(nèi)阻至2kΩ。由于保護(hù)性的排氣孔和隔膜是一次性的,一旦激活,將使電池永久失效。
手機(jī)上的鋰離子電池常常是扁平的四方塊,實(shí)際上鋰離子電池可做成各種形狀,其中圓柱形的就有很多固定規(guī)格。比較有名的是18650電池,常用于筆記本電池和移動(dòng)電源(充電寶)的電芯中。所謂18650,是指這類圓柱電池的直徑是18mm,高度是65mm。這個(gè)大小比5號(hào)電池要大,與5號(hào)電池大小對(duì)應(yīng)的鋰電池型號(hào)是14500(直徑14mm,高度50mm)。
充電電池都有一定的充電次數(shù),即循環(huán)壽命。而且設(shè)計(jì)壽命與實(shí)際壽命往往差距較大,使用方法不同更是造成壽命相去甚遠(yuǎn)。以鋰離子電池為例,設(shè)計(jì)壽命約為1000次充電循環(huán),產(chǎn)品實(shí)際使用時(shí)約能充放電500次左右,手機(jī)上使用大約三年。從容量損失速度表上看,半飽狀態(tài)下比充滿狀態(tài)下?lián)p失更小。如果使用時(shí)注意避免過(guò)充過(guò)放,壽命會(huì)大大延長(zhǎng),不少電池使用5年還沒有問(wèn)題。
● 聚合物電池──電池新秀
鋰離子電池實(shí)際上有兩種,即液態(tài)鋰離子電池(Liquified Lithium-Ion Battery,簡(jiǎn)稱LIB)和聚合物鋰離子電池(Polymer Lithium-Ion Battery,簡(jiǎn)稱PLB)。后者也稱為高分子鋰電池、塑料鋰離子電池(Plastic Lithium Ion Batteries,簡(jiǎn)稱PLB),有時(shí)也直接稱為聚合物電池、鋰聚合物電池、聚合物鋰電池等。
聚合物鋰電池使用的電解質(zhì)是“固態(tài)”的,目前大部分采用聚合物凝膠電解質(zhì)。相對(duì)于普通的鋰離子電池,具有外形可塑和不會(huì)爆炸等優(yōu)點(diǎn)。
一般鋰離子電池使用液體或膠體電解液,因此需要堅(jiān)固的二次包裝來(lái)容納可燃的活性成分,這就增加了重量,也限制了尺寸的靈活性。而聚合物鋰電池在形狀上可做到薄形化,能做成任何形狀與容量的電池,為設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了靈活性和適應(yīng)性,能最大化地優(yōu)化產(chǎn)品性能。由于使用了膠體電解質(zhì),在電池活化時(shí)不會(huì)產(chǎn)生氣體,即使在過(guò)充過(guò)熱的情況下,也只會(huì)膨脹而一般不會(huì)發(fā)生爆炸。不過(guò)由于聚合物鋰電池一般采用鋁箔軟包裝封裝,容易受到外力破壞。
聚合物鋰電池的單位能量比傳統(tǒng)鋰離子電池提高了20%,3倍于鎳氫電池,并且具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。
目前在市場(chǎng)上已有將聚合物鋰電池做成5號(hào)鎳氫電池外形(實(shí)際上是14500電池規(guī)格)進(jìn)行銷售的情況,用來(lái)替代鎳氫電池使用,解決老式設(shè)備電池充電時(shí)間太長(zhǎng)的遺憾。但需注意的是,由于兩種電池電壓不同,替換使用時(shí)需要借助“電池假體”的配合,才能提供正常的電壓,充電也是如此,或者使用專用的充電器。因?yàn)殒嚉潆姵氐碾妷菏?.2V,一般使用它的數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備是同時(shí)使用兩節(jié),用相同形狀的聚合物鋰電池代替時(shí),只用一節(jié)即可(磷酸鋰鐵聚合物電池電壓為3.2V),再配上一節(jié)假體電池(占位筒),分擔(dān)電壓。為了避免錯(cuò)用造成設(shè)備損壞,有的廠家直接把5號(hào)聚合物鋰電池設(shè)計(jì)成1.5V電壓,這樣就能完全兼容使用鎳氫電池的設(shè)備了,但充電仍需專用充電器。
在一些新上市的手機(jī)和筆記本中,有的已經(jīng)開始使用聚合物鋰電池了。一些移動(dòng)電源,也開始采用聚合物鋰電芯,性能和安全性都要優(yōu)于18650的鋰離子電芯。
實(shí)際上,鋰電池正朝著不同方向發(fā)展著。與聚合物鋰電池同時(shí)期發(fā)明的,還有水溶液可充鋰電池(簡(jiǎn)稱“水鋰電”),后來(lái)又出現(xiàn)了以摻雜化合物為負(fù)極、嵌入化合物為正極的新型水鋰電以及采用Lisicon陶瓷—玻璃膜的充電式鋰—空氣電池。
豐田公司大力研發(fā)的“革命性電池”,就是有著“后鋰離子充電電池”之稱的鋰空氣電池和全固體電池。理論上,由于氧氣作為陰極反應(yīng)物不受限,該電池的容量?jī)H取決于鋰電極,其比能達(dá)到11.14kWh/kg(不包括氧氣),非常具有吸引力。
● 電池也瘋狂──安全問(wèn)題
2005年底,戴爾筆記本電腦產(chǎn)品連續(xù)傳出爆炸意外,并于2006年8月進(jìn)行了電子產(chǎn)業(yè)史上最大規(guī)模的全球性電池召回,召回范圍包含約410萬(wàn)顆由索尼公司制造的戴爾鋰離子電池。此后,蘋果電腦、東芝的Dynabook、聯(lián)想的IBM-ThinkPad、富士通、日立、夏普、捷威陸續(xù)宣布召回筆記本電腦電池。同年10月,索尼公司在全球大規(guī)模啟用“鋰電池自主更換計(jì)劃”,回收在全球生產(chǎn)的960萬(wàn)顆筆記本電腦用鋰電池。
這一事件讓人們不禁擔(dān)心,自己正在使用的各種鋰電池會(huì)不會(huì)意外爆炸。
鋰的化學(xué)性質(zhì)非常活躍,很容易燃燒,普通鋰離子電池在過(guò)充、短路等情況發(fā)生時(shí),電池內(nèi)部可能出現(xiàn)升溫、正極材料分解、負(fù)極和電解液材料被氧化等現(xiàn)象,所產(chǎn)生的氣體膨脹,導(dǎo)致電池內(nèi)壓加大,當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后即會(huì)破裂,引起漏液、起火,甚至爆炸。
索尼鋰離子電池爆炸事件的原因,是在極度罕見的情況下,相關(guān)電池芯中不該有的微小金屬屑會(huì)接觸到電池芯的其他部位,從而產(chǎn)生短路。這個(gè)概率只有幾百萬(wàn)分之一,但仍讓人們放心不下電池的安全性問(wèn)題,手機(jī)電池爆炸、電動(dòng)車電池爆炸的事件也時(shí)有發(fā)生。蘋果iPhone 4、三星Galaxy SII、HTC Evo3D、索尼愛立信MT15i也都發(fā)生過(guò)手機(jī)電池爆炸事件,而2007年摩托羅拉手機(jī)電池在胸前口袋爆炸更是引起當(dāng)事人死亡。
實(shí)際上,鋰離子電池中有多種措施和電路來(lái)防止電池爆炸,前文已經(jīng)述及。在筆記本電池中,智能的IC電路甚至?xí)Wo(hù)電池不致過(guò)充和不當(dāng)充放電,大可以放心使用。新型的聚合物鋰電池則不會(huì)爆炸,但是因?yàn)槠浒b簡(jiǎn)單,出問(wèn)題的概率反而高于普通鋰電池。
除了爆炸問(wèn)題,電池在使用中也有一些安全問(wèn)題,如充電或使用過(guò)程中短路引起失火,不當(dāng)接觸電極引起電擊傷等。電動(dòng)車的電池,其輸入與輸出有時(shí)是同一接口,在充電時(shí)摸索插線常常會(huì)造成電擊。而因?yàn)槌潆姷耐瑫r(shí)使用手機(jī)接電話造成傷害的情形也時(shí)有報(bào)道。
此外,電池的污染和環(huán)保問(wèn)題,也有待解決,因?yàn)榄h(huán)境污染歸根到底還是一種安全威脅。
● 電池的煩惱──續(xù)航能力
智能手機(jī)充滿電的電池一般只能使用一兩天,這就使得手機(jī)幾乎要每天充電,不能不說(shuō)是使用手機(jī)的一個(gè)煩惱。
同樣,在電動(dòng)汽車的發(fā)展上,也面臨這樣的問(wèn)題,汽車電池的續(xù)航能力嚴(yán)重制約著新能源汽車的推廣。
續(xù)航能力不足,或者說(shuō)續(xù)航能力的要求不斷提高,正是各類充電電池努力彌補(bǔ)的短板。尤其對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō),幾乎每個(gè)人都要用到,頻繁的充電讓使用者頗為煩惱。
衡量電池的續(xù)航能力,一般用電池標(biāo)注的充滿電后的容量來(lái)參考。
電池容量的物理意思就是指該電池能夠容納或釋放多少電荷,常用Ah(安時(shí))或mAh(毫安時(shí))來(lái)表示。
根據(jù)電流的定義公式(單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電荷數(shù)):I=Q/t,可知Q=It。電池放電電流I的單位一般用mA(毫安),時(shí)間t的單位一般用h(小時(shí)),因此電池容量單位就是mAh。
一塊電池容量標(biāo)為1200mAh,如果它工作時(shí)的電流是100mA,則理論上可以供電12小時(shí)。
注意,僅僅從mAh的大小還不能比較兩塊電池誰(shuí)的容量更大。最常見的困惑就是,一個(gè)大塊頭的錄像機(jī)電池,標(biāo)稱容量不足2000mAh,跟小小的一塊手機(jī)電池的容量好像不相上下。
從公式中我們可以看到,Q=It,并未涉及電壓,因此這一單位只能說(shuō)明電池內(nèi)部能夠容納多少庫(kù)侖的電荷,但不能說(shuō)明這個(gè)電池能夠做多少功,也不能表達(dá)電池的最大功率是多少。不同產(chǎn)品的工作電壓是不同的,同樣在放電電流下,功率和所做的功也不相同。為了更科學(xué)地表達(dá)電池容量,我們常會(huì)看到在mAh的旁邊還會(huì)有一個(gè)以Wh(瓦時(shí))為單位的容量數(shù)字。
電池可做的功=UIt=UQ,電壓U×電流I即是功率,單位為W(瓦),因此電池容量用Wh來(lái)表示,就能表示電池可以做多少功。
隨便拿來(lái)一塊筆記本電腦的電池,上面標(biāo)注著3400mAh,36.72Wh(電壓10.8V),再拿一塊手機(jī)電池,標(biāo)稱容量1500mAh,似乎不到筆記本電池的一半,但是它的電壓是3.7V,1500mAh×3.7V=5.55Wh??梢娝鼈兊碾娏肯嗖盍弑?。
特別說(shuō)明一下,這塊筆記本電池是6芯鋰電池,6個(gè)電芯一般是三串兩并,即每三塊電芯串聯(lián)起來(lái),兩組串聯(lián)的三塊電芯再進(jìn)行并聯(lián)。每個(gè)電芯的電壓是3.6V,三塊串聯(lián)后的電壓是10.8V,再并聯(lián)時(shí)電壓不變,因而最終的電壓是10.8V。而4芯的筆記本電池,一般是四塊串聯(lián),電壓14.4V。
雖然電池的容量在不斷提升,但設(shè)備的功耗也在增加,頻繁的充電仍讓用戶不勝其煩。
以手機(jī)為例,屏幕越來(lái)越大,應(yīng)用越來(lái)越多,WiFi或數(shù)據(jù)流量幾乎一直保持連接狀態(tài),而電池容量一般在2000mAh左右,這樣充滿電后使用一兩天,就得再次充電。
電池方面的研究人員正在努力尋找充電迅速而續(xù)航時(shí)間又長(zhǎng)的新的電池技術(shù)。
復(fù)旦大學(xué)吳宇平教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組突破傳統(tǒng)舊制,首次提出“電位穿越”理論,并制成了平均充電電壓為2.4伏、放電電壓為4.0伏的新型“水鋰電”,使電池充電時(shí)間更短,儲(chǔ)存電量更多,耐用時(shí)間更久,電動(dòng)車充電10秒可跑100公里,而其成本僅是傳統(tǒng)車用鋰電池的一半。
科技的發(fā)展令許多曾經(jīng)的夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。我們期待著某一天,手機(jī)電池充電一次可以使用一個(gè)月的夢(mèng)想也變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。