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第 1 章 一次性原电池 1.1. 原电池的类型
一次性原电池是一个统一的容器，其中包含被隔膜活性材料吸收的电解质和电极（阳极和阴极），这就是它们被称为干电池的原因。 该术语用于指所有不含液体电解质的电池。 常见的干元件包括碳锌电池或勒克朗什电池[1]。 干电池用于低电流和间歇工作模式。 因此，此类元件广泛应用于电话、玩具、报警系统等。由于使用干元件的设备范围非常广泛，而且需要定期更换，因此其尺寸有标准[1]。 在放电过程中，干电池的电压从标称电压下降到截止电压（截止电压是电池能够提供最小能量的最低电压），即通常为 1,2V 至 0,8V/cell，具体取决于应用。 发生放电时，闭合电路后接上恒阻元件，其端子上的电压急剧下降到一定值，略小于原来的电压。 这种情况下流动的电流称为初始放电电流。 干电池的功能取决于电流消耗、截止电压和放电条件。 元件的效率随着放电电流的减小而增加。 对于干电池来说，连续放电少于24小时即可归类为高倍率放电。 干电池的电容量是根据初始放电在给定的最终电压（以小时为单位）下通过固定电阻放电而指定的，并以图表或表格的形式表示。 建议使用制造商针对特定电池的图表或表格。 这不仅是因为需要考虑产品的功能，而且还因为每个制造商都对其产品的最佳使用给出了自己的建议。 电池的内阻可能会限制所需的电流，例如在闪光相机中使用时。 电池能够短时间提供的初始稳定电流称为闪断电流。 元件类型的名称包含与元件的闪电流和内阻相对应的字母名称，在直流电和交流电下测量。 闪光电流和内阻很难测量，电池的保质期可能很长，但闪光电流可能会下降。 1.1. 原电池的类型 碳锌元素 碳锌元素（锰锌）是最常见的干元素。 碳锌电池使用与二氧化锰 (MnO2) 阳极、氯化铵电解质和锌阴极接触的无源（碳）集电器。 电解质呈糊状或浸渍多孔隔膜。 这种电解质具有轻微的流动性并且不会扩散，这就是该元件被称为干元件的原因。 碳锌电池的额定电压为1,5V。 干燥元件的形状可以是圆柱形、盘形或矩形。 矩形元件的设计与圆盘元件类似。 锌阳极制成圆柱形玻璃，也是一种容器。 圆盘元件由锌板、浸有电解质溶液的纸板隔膜和正极的压缩层组成。 圆盘元件彼此串联，所得电池被绝缘并封装在外壳中。 碳锌元件在运行中断期间“再生”。 这种现象是由于放电过程中出现的电解质成分的局部不均匀性逐渐排列所致。 由于定期“休息”，元件的使用寿命得以延长。 集中使用元件时应考虑到这一点（并使用多组进行操作，以便一组有足够的时间恢复功能。例如，使用播放器时，不建议使用一组电池连续使用两个多小时，更换两组时，操作时间元件增加三倍。 碳锌元素的优点是成本相对较低。 显着的缺点包括放电期间电压显着降低、功率密度低（5...10 W/kg）和保质期短。 低温会降低原电池的使用效率，而电池的内部加热会增加原电池的使用效率。 温度升高会导致锌电极被电解液中所含的水化学腐蚀并导致电解液干燥。 通过将电池保持在高温下并通过预先制作的孔将盐溶液引入电池中，可以在一定程度上补偿这些因素。 碱性元素 与碳锌电池一样，碱性电池使用 MnO2 阳极和锌阴极以及独立的电解质。 碱性电池和碳锌电池之间的区别在于使用碱性电解质，因此在放电过程中几乎不会产生气体，并且它们可以密封，这对于它们的许多应用非常重要。 在相同条件下，碱性电池的电压比碳锌电池低约0,1V。 因此，这些元素是可以互换的。 使用碱性电解质的电池的电压变化明显小于使用盐电解质的电池的电压变化。 采用碱性电解质的电池还具有更高的比能量 (65...90 Wh/kg)、比功率 (100...150 kWh/m3) 和更长的保质期。 锰锌电池和电池组的充电是通过不对称交流电进行的。 您可以使用任何浓度的盐或碱性电解质为电池充电，但不能过度放电，也不能损坏锌电极。 在给定类型的电池或电池组规定的有效期内，可以多次恢复功能（6...8 次）[2]。 干电池和电池芯的充电是通过特殊设备进行的，该设备允许您获得所需形式的充电电流：充电和放电分量的比率为 10:1，这些分量的脉冲持续时间的比率为 1: 2. 该设备可以让您为手表电池充电并激活旧的小电池。 给手表电池充电时，充电电流不应超过2mA。 充电时间不超过5小时。 正在充电的电池通过两个并联的带有电阻器的二极管链打开。 由于电阻器的阻值不同而获得不对称充电电流。 充电结束由电池上电压增长的停止来确定。 选择充电变压器次级绕组的电压，使输出电压超过元件额定电压的50...60%。 使用所述设备的电池充电时间应约为 12...16 小时。 充电容量应比电池额定容量大50%左右。 汞元素 汞元素与碱性元素非常相似。 他们使用氧化汞 (HgO)。 阴极由锌粉和汞的混合物组成。 阳极和阴极由隔膜和浸渍有40%碱溶液的隔膜隔开。 这些物品具有更长的保质期和更高的容量（对于相同体积）。 水银电池的电压比碱性电池低约 0,15 V。 汞元素的特点是比能量高（90...120 Wh/kg、300...400 kWh/m3）、电压稳定性和机械强度高。 对于小型设备，已经创建了 RC-31S、RC-33S 和 RC-55US 类型的现代化元件。 RC-31S和RC-55US元件的比能量为600 kWh/m3，RC-33S元件的比能量为700 kWh/m3。 RC-31S 和 RC-33S 元件用于为手表和其他设备供电。 RC-55US 元件适用于医疗设备，特别是植入式医疗设备。 RC-31S和RC-33S元件分别在1,5和10μA电流下运行18年，RC-55US元件可确保植入医疗设备运行5年。 水银元件的工作温度范围为0至+50oC；有耐寒的RC-83X和RC-85U以及耐热元件RC-82T和RC-84，其工作温度可达+70oC 。 对元素进行了修改，其中使用铟和钛合金代替锌粉（负极）。 由于汞稀缺且有毒，因此汞电池在完全使用后不应丢弃。 它们必须被回收。 银元素 它们具有由 Ag2O 和 AgO 制成的“银”阴极。 在同等条件下，它们的电压比碳锌电池高 0,2 V [1]。 锂电池它们使用锂阳极、有机电解质和由各种材料制成的阴极。 由于它们不含水，因此具有很长的保质期、高能量密度并且可以在很宽的温度范围内运行。 由于锂在所有金属中具有最高的负电势，因此锂电池的特点是额定电压最高且尺寸最小，此类电池通常使用有机化合物作为溶剂。 溶剂也可以是无机化合物，例如SOCl2，它们也是反应性物质。 通过将具有大阴离子的盐引入溶剂中来确保离子电导率，例如：LiAlCl4、LiClO4、LiBFO4。 非水电解质溶液的电导率比水溶液的电导率低 1...2 个数量级。 此外，其中的阴极过程通常进行缓慢，因此，在具有非水电解质的电池中，电流密度较低。 锂电池的缺点包括其成本相对较高，这是由于锂的价格高以及其生产的特殊要求（需要惰性气氛、非水溶剂的纯化）。 还应该考虑到一些锂电池如果打开就会爆炸。 此类元件通常采用电压为 1,5 V 和 3 V 的按钮设计。它们成功地为电路供电，恒定模式下的功耗约为 30 μA，间歇模式下的功耗约为 100 μA。 锂电池广泛应用于存储电路、测量仪器和其他高科技系统的备用电源。 返回 （介绍） 前锋 （世界领先企业的电池）
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