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电池

用化学方法储存能量的装置。
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描述

电池通过使用阴极(正极)和阳极(负极)两个电极,以及允许离子在两个电极之间转移的电解质,将化学能转换为电能。在可充电电池中,电流可以逆转放电过程中发生的化学反应。

电池有着悠久的历史:在中东地区发现了由铜、铁、醋和陶罐制成的原始电池,可以追溯到公元前200年左右。现代电化学电池可以追溯到1799年,当时物理学家亚历山德罗·伏特将锌、铜和浸泡过盐水的纸或布堆叠成一层伏打电堆。1836年,化学家约翰·弗雷德里克·丹尼尔(John Frederick Daniell)在一个装有硫酸铜溶液的玻璃罐底放置了一块铜板。锌板悬浮在罐中,硫酸锌溶液漂浮在硫酸铜上。这就是丹尼尔细胞。

锂离子是目前使用的主要可充电电池化学成分,几乎存在于每一个便携式消费设备中。开发的John Goodenough, Rachid Yazami,和Akira Yoshino在20世纪80年代初,锂离子电池取代了镍镉电池,并提供大约两倍的能量密度。1991年,索尼和旭化成公司将锂离子电池商业化。

2019年,诺贝尔化学奖是授予约翰·古迪纳夫,M.斯坦利·惠廷厄姆和吉野明的角色开发锂离子电池

有许多不同的化合物用于锂离子电池,但锂钴氧化物阴极和碳阳极是最常见的。

锂离子电池需要一个保护电路来限制峰值电压。由于树突(电池电极上形成的薄金属结构)的形成,它们在长期使用中也会出现不稳定性和容量退化。当树突生长刺穿电池的电解质时,就会引起火灾。限制枝晶生长是电池研究的主要焦点。

锂离子电池的另一个问题是用于制造它们的材料:锂和钴通常都来自冲突地区,这使得供应不可靠。

锂金属电池、锂氧电池、锂硫电池和硫离子电池是众多正在研究的锂离子电池的潜在替代品。虽然其中一些有望获得更大的容量或更轻的重量,但它们仍然存在主要问题需要克服,通常与树突生长和不稳定性有关。

对于电网规模的存储,氧化还原液流电池被认为是一个可能的竞争者。与固体电极不同,这些电池可以使用装满液体电解质的大罐,并允许能量存储在千瓦时到数十兆瓦时的范围内。

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