常用的蓄電池介紹
一、鉛酸密封蓄電池
鉛酸密封蓄電池由正負極板、隔板和電解液、電池槽及連接條(或鉛零件)、接線(xiàn)端子和佩排氣閥等組成。極板是蓄電池的核心部件，是帶有柵格結構的鉛柵格板，分正極板和負極板兩種。
正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛，呈紅色；負極板上的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛，呈青灰色。用在獨立光伏系統中的電池應是深度循環(huán)大負載類(lèi)型的。由于極板材料鉛比較軟，所以要加一些銻或者鈣之類(lèi)的元素以加強鉛板的硬度，這樣可改善電池的性能。
閥控式密封鉛酸蓄電池具有不需補加酸水、無(wú)酸霧析出、可任意放置、搬運方便、使用清潔等優(yōu)點(diǎn)，近幾年在光伏發(fā)電系統中得到了廣泛應用。
但是，蓄電池組的價(jià)格相對昂貴，壽命較短，一般免維護的工作壽命為五年，而光伏電池板的穩定工作壽命為25至30年，蓄電池的存在勢必影響光伏系統的壽命。因此，通過(guò)采用合適的充放電方法，盡量延長(cháng)蓄電池的壽命，可以很大程度上降低光伏系統的維護費用。
極板是蓄電池的核心，在蓄電池充、放電過(guò)程中，電能與化學(xué)能的轉換是從過(guò)正、負極板上的活性物質(zhì)與電解液中的硫酸進(jìn)行化學(xué)反應來(lái)實(shí)現的。
蓄電池極板分正、負極板，由柵架和活性物質(zhì)組成。正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2)，負極板上的活性物質(zhì)是鉛(Pb)。單片極板上的活性物質(zhì)數量少，所存儲的電量少，為了增大電池容量，將正、負極板分別并聯(lián)，中間插入隔板，組成正、負極板組。
將二氧化鉛和稀硫酸調成膏狀涂在柵架上，就成了正極板。將鉛粉與稀硫酸調成膏狀涂在柵架上，就成了負極板。單格電池組中，負極板要比正極板多一片。原因是在充放電時(shí)，兩極板和電解液發(fā)生化學(xué)反應而發(fā)熱使極板膨脹，但兩極板發(fā)熱程度不同。
正極板發(fā)熱量大，膨脹較嚴重，而負極板則很輕微，為了使正極板兩面均勻發(fā)生同樣的化學(xué)變化，膨脹程度均衡，防止極板發(fā)生彎曲和折斷現象，所以要多一片負極板。外層負極板雖然僅一面發(fā)生化學(xué)變化，但因其發(fā)熱量很小不致變形和斷裂。
隔板的作用是把正、負極板隔開(kāi)，防止極板短路。隔板用材料通常為木質(zhì)、玻璃、硬橡膠等。隔板做成一面有溝槽、一面平滑。
二、鉛-銻電池
鉛-銻電池可承受深度放電，但因為水耗散大，需要定期維護。安裝時(shí)，正負極板互相嵌合，之間插入隔板，用極板連接條將所有的正極和所有的負極分別連接，如此組裝起來(lái)，便形成單格蓄電池。單格電池中負極板的數目比正極板多一塊。不管單格蓄電池含有幾塊正極板和負極板，每個(gè)單格蓄電池均只能提供2.1V左右的電壓。
極板的數量越多，蓄電池能提供此電壓的時(shí)間越長(cháng)。以一個(gè)單格電池的正極邊連接另一個(gè)單格電池的負極邊的方式依次用鏈條(由鉛銻合金制成)連接。最后留出一組正負極作為蓄電池的正負極。這樣把若干個(gè)單格電池串聯(lián)起來(lái)后即構成蓄電池。
極板厚度越薄，活性物質(zhì)的利用率就越高。容量就越高。極板面積越大，同時(shí)參與反應的物質(zhì)就越多，容量就越大。同性極板中心距越小，蓄電池內阻越小，容量越大。為了減少尺寸、降低內阻，正負極板應該盡量靠近，但為了避免互相接觸而短路。
正負極板之間用絕緣的隔板隔開(kāi)。隔板是多孔性材料，化學(xué)性能穩定，有良好的耐酸性和抗氧化性，目前對免維護鉛酸蓄電池用的是玻璃纖維紙。
正負極板用鉛合金焊接在一起組成，并裝于電池槽內組成單體蓄電池。隔板用用來(lái)隔離正負極板，防止短路。電解液主要由純水與硫酸組成，配以一些添加劑混合而成。
主要作用:一是參與化學(xué)反應。是蓄電池活性物質(zhì)之一；二是起導電作用，即蓄電池使用時(shí)通過(guò)電解液中離子遷移，起到導電作用，使化學(xué)反應得以順利進(jìn)行。
安全閥是蓄電池的關(guān)鍵部件之一，它位于蓄電池底部，作用首先是密封，當蓄電池內壓低于安全閥的閉閥壓時(shí)安全閥關(guān)閉，防止內部氣體酸霧往外泄露，同時(shí)也防止空氣進(jìn)入電池造成不良影響；同樣，當蓄電池使用過(guò)程中內部產(chǎn)生氣體氣壓達到安全閥壓時(shí)。開(kāi)閥將壓力釋放，防止產(chǎn)生電池變形、破裂和蓄電池內氧復合，水分損失等。
三、堿性蓄電池
堿性蓄電池的基本結構與鉛酸電池相同，有極板、隔離物、外殼和電解液。堿性蓄電池按其極板材料，可分為鎘鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池等。工作原理與鉛酸蓄電池相同，只是具體的化學(xué)反應不同。
堿性蓄電池與鉛蓄電池相比，具有體積小、可深放電、耐過(guò)充和過(guò)放電以及適用壽命長(cháng)、維護簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
四、鎳鎘電池
鎳鎘電池以氫氧化鎳作為正極的活性物質(zhì)，以鎘和鐵的混合物作為負極的活性物質(zhì)，電解液為氫氧化鉀水溶液。相比鉛酸電池，鎳鎘電池的優(yōu)點(diǎn):比鉛酸蓄電池能量高；安全放電，無(wú)須超容量設計；力學(xué)性能好；
低溫性能良好；內阻低，允許大電流輸出；允許快速充電；放電過(guò)程中電壓穩定易于維護。缺點(diǎn)是:價(jià)格比鉛酸電池貴；電池效率低；若電池沒(méi)有完全放電，則會(huì )出現“記憶效應”；鎘有毒，使用后需回收。
五、鎳氫電池
與鎳鎘電池結構及原理均相似，不同的是梁鎘替換為儲氫合金電極。它的主要優(yōu)點(diǎn)是:與同體積鎳鎘電池相比，容量高；與鎘相比，采用儲氫合金電極，沒(méi)有重金屬鎘帶來(lái)的污染問(wèn)題；具有良好的過(guò)充電和過(guò)放電性能。
六、鐵鎳蓄電池
正極采用活性鐵材料的鋼絲棉，負極采用帶活性鎳材料的鋼絲棉。它的主要優(yōu)點(diǎn)是，價(jià)格低，使用壽命長(cháng)。缺點(diǎn)是，電池效率低，水耗高，內阻大，適用溫度受限，為0℃到40℃。
電解液呈膠態(tài)的電池通常稱(chēng)為膠體電池。較常用的膠體蓄電池，是硫酸電解液中添加膠凝劑，使硫酸變?yōu)槟z態(tài)。膠體電池的優(yōu)點(diǎn)是:
1.密封結構，電解液凝膠，無(wú)滲漏；
2.充放電無(wú)酸霧、無(wú)污染；
3.容量高，與同級鉛酸蓄電池相比增加10%到20%的容量；
4.自放電小，耐存放；
5.過(guò)放電恢復性能好，大電流放電容量比鉛酸電池增加30%以上；
6.低溫性能好，滿(mǎn)足-30℃到50℃的啟動(dòng)要求；
7.高溫特性好且穩定，滿(mǎn)足65℃甚至更高溫度環(huán)境的使用要求；
8.循環(huán)使用壽命長(cháng)，可達800至1500比充放。
七、硅能電池
由于鉛酸蓄電池等對環(huán)境造成的污染越來(lái)越嚴重，市場(chǎng)對大容量及高效率的蓄電池的需求。推動(dòng)了蓄電池技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步。硅能蓄電池用液體低碳鋼硅鹽化成液替代硫酸作為電解質(zhì)，生產(chǎn)過(guò)程不會(huì )產(chǎn)生腐蝕氣體。
實(shí)現了制造過(guò)程、使用過(guò)程以及廢棄物無(wú)污染。硅能蓄電池耐高寒高溫的特點(diǎn)使它即使在極端惡劣的氣候條件下依舊能正常工作。此外，硅能蓄電池的材料特性，它兼具充電時(shí)間短、使用壽命長(cháng)的特點(diǎn)。
八、燃料電池
燃料電池(Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氫氧化劑中的化學(xué)能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它它不能“儲電”而是一個(gè)“發(fā)電廠(chǎng)”。燃料電池能量轉換效率高。潔凈，無(wú)污染，噪聲低，模塊結構性強。比功率高，既可以集中供電，也適合分散供電。燃料電池在數秒鐘內就可以從最低功率變換到額定功率。
九、銀鋅電池
銀鋅電池是由一系列圓形鋅片和銀片相互交迭而成的裝置，在每一對銀片和鋅片之間，用一種在鹽水或其他導電溶液中浸過(guò)的紙板隔開(kāi)。銀片和鋅片是兩種不同的金屬，鹽水或其他導電溶液作為電解液，它們構成了電流回路。
這是一種比較原始的電池，是由很多銀鋅電池連接而成的電池組。銀鋅蓄電池在充好電后，其正極板的活性物質(zhì)是過(guò)氧化銀(Ag2O2)，負極板的活性物質(zhì)是鋅，電解液是以氫氧化鉀為主，并配以鋅酸鹽的飽和水溶液。
放完電后，正極板的活性物質(zhì)變?yōu)殂y，負極板則變?yōu)闅溲趸\[Zn(OH)2]。放電時(shí)，在負極鋅與電解液中的氫氧根離子化合，生成氫氧化鋅，并放出兩個(gè)電子。
銀鋅蓄電池是一種堿性蓄電池，突出優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、容量大。例如15XYG-45型銀鋅蓄電池的重量只有12HK-28型電池的60%，而容量則為它的1.7倍。銀鋅蓄電池還有放電電壓平穩和自放電小等優(yōu)點(diǎn)，銀鋅蓄電池的缺點(diǎn)是壽命短，容易產(chǎn)生內部短路故障，而且造價(jià)很高。
十、鋰電池
鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為正/負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時(shí)，M. S. Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。
由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰電池已經(jīng)成為了主流。鋰電池大致可分為兩類(lèi)：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。
可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，只有少數幾個(gè)國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。
鋰金屬電池：
鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。放電反應：Li+MnO2=LiMnO2
鋰離子電池：
鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。
正極
正極材料：可選的正極材料很多，目前市場(chǎng)常見(jiàn)的正極活性材料如:鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷鋁三元、鎳鈷錳三元等等。
正極反應：放電時(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌。 充電時(shí)：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放電時(shí)：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4。
負極
負極材料：多采用石墨。另外鋰金屬、鋰合金、硅碳負極、氧化物負極材料等也可用于負極。
負極反應：放電時(shí)鋰離子脫嵌，充電時(shí)鋰離子嵌入。充電時(shí)：xLi+ + xe- + 6C → LixC6
放電時(shí)：LixC6→ xLi+ + xe- + 6C。
十一、鈉離子電池
鈉離子電池（Sodium-ion battery），是一種二次電池（充電電池），主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動(dòng)來(lái)工作，與鋰離子電池工作原理相似。
2018年12月，南京理工大學(xué)夏暉教授與中外團隊合作，首創(chuàng )結構設計和調控方法，在錳基正極材料研究方面取得重要進(jìn)展。
工作原理
在充放電過(guò)程中，Na+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫出：充電時(shí)，Na+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負極；放電時(shí)則相反。
新款18650鈉離子電池，借助了鈉離子轉移（而不是鋰離子）來(lái)存儲和釋放電能。
鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，相較于鋰鹽而言?xún)α扛S富，價(jià)格更低廉。由于鈉離子比鋰離子更大，所以當對重量和能量密度要求不高時(shí)，鈉離子電池是一種劃算的替代品。
與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有的優(yōu)勢有：
（1）鈉鹽原材料儲量豐富，價(jià)格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半；
（2）由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液（同樣濃度電解液，鈉鹽電導率高于鋰電解液20%左右）降低成本；
（3）鈉離子不與鋁形成合金，負極可采用鋁箔作為集流體，可以進(jìn)一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；
（4）由于鈉離子電池無(wú)過(guò)放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優(yōu)勢明顯，有望在大規模儲能中取代傳統鉛酸電池。
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