2010-2015年中國電池產(chǎn)業(yè)運行態(tài)勢及市場前景報告

-2015年中國電池產(chǎn)業(yè)運行態(tài)勢及市場前景報告第一章電池的概述1.1電池的介紹1.1.1電池的定義電池（battery）指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間。隨著科技的進步，電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置。如太陽能電池。電池的性能參數(shù)主要有電動勢、容量、比能量和電阻。1.1.2電池的分類電池根據(jù)發(fā)電原理及儲存電能的不同方式可以分為物理電池和化學電池量大類。化學電池是將物質(zhì)的化學能通過電化學氧化還原反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的～種裝置或系統(tǒng)。主要包括一次電池(干電池)、二次電池(蓄電池)、燃料電池和儲備電池等。圖表SEQ圖表\*ARABIC1：電池的分類1.1.3常用電池的介紹1、干電池常用的一種是碳－鋅干電池。負極是鋅做的圓筒，內(nèi)有氯化銨作為電解質(zhì)，少量氯化鋅、惰性填料及水調(diào)成的糊狀電解質(zhì)，正極是四周裹以摻有二氧化錳的糊狀電解質(zhì)的一根碳棒。電極反應(yīng)是：負極處鋅原子成為鋅離子（Zn++），釋出電子，正極處銨離子(NH4+)得到電子而成為氨氣與氫氣。用二氧化錳驅(qū)除氫氣以消除極化。電動勢約為1.5伏。2、蓄電池種類很多，共同的特點是可以經(jīng)歷多次充電、放電循環(huán)，反復(fù)使用。鉛蓄電池最為常用，其極板是用鉛合金制成的格柵，電解液為稀硫酸。兩極板均覆蓋有硫酸鉛。但充電后，正極處極板上硫酸鉛轉(zhuǎn)變成二氧化鉛，負極處硫酸鉛轉(zhuǎn)變成金屬鉛。放電時，則發(fā)生反方向的化學反應(yīng)。鉛蓄電池的電動勢約為2伏，常用串聯(lián)方式組成6伏或12伏的蓄電池組。電池放電時硫酸濃度減小，可用測電解液比重的方法來判斷蓄電池是否需要充電或者充電過程是否可以結(jié)束。鉛蓄電池的優(yōu)點是放電時電動勢較穩(wěn)定，缺點是比能量（單位重量所蓄電能）小，對環(huán)境腐蝕性強。由正極板群、負極板群、電解液和容器等組成。充電后的正極板是棕褐色的二氧化鉛（PbO2），負極板是灰色的絨狀鉛（Pb），當兩極板放置在濃度為27％～37％的硫酸(H2SO4)水溶液中時，極板的鉛和硫酸發(fā)生化學反應(yīng)，二價的鉛正離子（Pb2+）轉(zhuǎn)移到電解液中，在負極板上留下兩個電子(2e-)。由于正負電荷的引力，鉛正離子聚集在負極板的周圍，而正極板在電解液中水分子作用下有少量的二氧化鉛（PbO2）滲入電解液，其中兩價的氧離子和水化合，使二氧化鉛分子變成可離解的一種不穩(wěn)定的物質(zhì)——氫氧化鉛〔Pb（OH4〕）。氫氧化鉛由4價的鉛正離子（Pb4+）和4個氫氧根〔4（OH）-〕組成。4價的鉛正離子（Pb4+）留在正極板上，使正極板帶正電。由于負極板帶負電，因而兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。當接通外電路，電流即由正極流向負極。在放電過程中，負極板上的電子不斷經(jīng)外電路流向正極板，這時在電解液內(nèi)部因硫酸分子電離成氫正離子（H+）和硫酸根負離子（SO42-），在離子電場力作用下，兩種離子分別向正負極移動，硫酸根負離子到達負極板后與鉛正離子結(jié)合成硫酸鉛(PbSO4)。在正極板上，由于電子自外電路流入，而與4價的鉛正離子（Pb4+）化合成2價的鉛正離子（Pb2+），并立即與正極板附近的硫酸根負離子結(jié)合成硫酸鉛附著在正極上。隨著蓄電池的放電，正負極板都受到硫化，同時電解液中的硫酸逐漸減少，而水分增多，從而導(dǎo)致電解液的比重下降在實際使用中，可以通過測定電解液的比重來確定蓄電池的放電程度。在正常使用情況下，鉛蓄電池不宜放電過度，否則將使和活性物質(zhì)混在一起的細小硫酸鉛晶體結(jié)成較大的體，這不僅增加了極板的電阻，而且在充電時很難使它再還原，直接影響蓄池的容量和壽命。鉛蓄電池充電是放電的逆過程。鉛蓄電池的工作電壓平穩(wěn)、使用溫度及使用電流范圍寬、能充放電數(shù)百個循環(huán)、貯存性能好（尤其適于干式荷電貯存）、造價較低，因而應(yīng)用廣泛。采用新型鉛合金，可改進鉛蓄電池的性能。如用鉛鈣合金作板柵，能保證鉛蓄電池最小的浮充電流、減少添水量和延長其使用壽命；采用鉛鋰合金鑄造正板柵，則可減少自放電和滿足密封的需要。此外，開口式鉛蓄電池要逐步改為密封式，并發(fā)展防酸、防爆式和消氫式鉛蓄電池。1.1.4電池發(fā)展簡史在古代，人類有可能已經(jīng)不斷地在研究和測試“電”這種東西了。一個被認為有數(shù)千年歷史的粘土瓶在1932年于伊拉克的巴格達附近被發(fā)現(xiàn)。它有一根插在銅制圓筒里的鐵條－可能是用來儲存靜電用的，然而瓶子的秘密可能永遠無法被揭曉。不管制造這個粘土瓶的祖先是否知道有關(guān)靜電的事情，但可以確定的是古希臘人絕對知道。他們曉得如果摩擦一塊琥珀，就能吸引輕的物體。亞里斯多德(Aristotle)也知道有磁石這種東西，它是一種具有強大磁力能吸引鐵和金屬的礦石。在十八世紀的四、五十年代，發(fā)電裝置的改善和大氣電現(xiàn)象的研究，吸引了物理學家們的廣泛興趣，1745年，普魯士的克萊斯特利用導(dǎo)線將摩擦所起的電引向裝有鐵釘?shù)牟Ａ?。當他用手觸及鐵釘時，受到猛烈的一擊。可能是在這個發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)下，萊頓大學的馬森布羅克在1746年發(fā)明了收集電荷的“萊頓瓶”。因為他看到好不容易收集的電卻很容易地在空氣中逐漸消失，他想尋找一種保存電的方法。有一天，他用一支槍管懸在空中，用起電機與槍管連著，另用一根銅線從槍管中引出，浸入一個盛有水的玻璃瓶中，他讓一個助手一只手握著玻璃瓶，馬森布羅克在一旁使勁搖動起電機。這時他的助手不小心將中另一只手與槍管碰上，他猛然感到一次強烈的電擊，喊了起來。馬森布羅克于是與助手互換了一下，讓助手搖起電機，他自己一手拿水瓶子，另一只手去碰槍管。在一封信里他描述了這次實驗結(jié)果：“我想告訴你一個新奇但是可怕的實驗事實，但我警告你無論如何也不要再重復(fù)這個實驗?！讶萜鞣旁谟沂稚希以噲D用另一只手從充電的鐵柱上引出火花。突然，我的手受到了一下力量很大的打擊，使我的全身都震動了，……手臂和身體產(chǎn)生了一種無法形容的恐怖感覺。一句話，我以為我命休矣。”雖然馬森布羅克不愿再做這個實驗，但他由此得出結(jié)論：把帶電體放在玻璃瓶內(nèi)可以把電保存下來。只是當時搞不清楚起保存電作用的究竟是瓶子還是瓶子里的水，后來人們就把這個蓄電的瓶子稱作“萊頓瓶”，這個實驗稱為“萊頓瓶實驗”。這種“電震”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，轟動一時，極大的增加了人們對萊頓瓶的關(guān)注。馬森布羅克的警告起了相反的作用，人們在更大規(guī)模地重復(fù)進行著這種實驗，有時這種實驗簡直成了一種娛樂游戲。人們用萊頓瓶作火花放電殺老鼠的表演，有人用它來點酒精和火藥。其中規(guī)模最壯觀的一次示范表演是法國人諾萊特在巴黎圣母院前作的。諾萊特邀請了法王路易十五的皇室成員臨場觀看表演。他調(diào)來了七百個修道士，讓他們手拉手排成一行，全長達900英尺，約275米，隊伍十分壯觀。讓排頭的修道士用手拿住萊頓瓶，排尾的修道士手握萊頓瓶的引線，接著讓萊頓瓶起電，結(jié)果七百個修道士因受電擊幾乎同時跳了起來，在場的人無不為之目瞪口呆。諾萊特以令人信服的語氣向人們解釋了電的巨大威力。后來人們很快又把電用于醫(yī)學，將起電機產(chǎn)生的電通過病人身體，用于治療半身不遂，神經(jīng)痛等病癥。這種治療方法一直使用，直到人們弄明白電的作用后，才停止下來。1786年，意大利解剖學家伽伐尼在做青蛙解剖時，兩手分別拿著不同的金屬器械，無意中同時碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，而只用一種金屬器械去觸動青蛙，卻并無此種反應(yīng)。伽伐尼認為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為動物軀體內(nèi)部產(chǎn)生的一種電，他稱之為“生物電”。伽伐尼于1791年將此實驗結(jié)果寫成論文，公布于學術(shù)界。伽伐尼的發(fā)現(xiàn)引起了物理學家們極大興趣，他們競相重復(fù)枷伐尼的實驗，企圖找到一種產(chǎn)生電流的方法，意大利物理學家伏特在多次實驗后認為：伽伐尼的“生物電”之說并不正確，青蛙的肌肉之所以能產(chǎn)生電流，大概是肌肉中某種液體在起作用。為了論證自己的觀點，伏特把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進行試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這兩種金屬片中，只要有一種與溶液發(fā)生了化學反應(yīng)，金屬片之間就能夠產(chǎn)生電流。1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。用手觸摸兩端時，會感到強烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的制成了世界上第一個電池──“伏特電堆”。這個“伏特電堆”實際上就是串聯(lián)的電池組。它成為早期電學實驗，電報機的電力來源。為了證明自己大發(fā)現(xiàn)是對的，伏特決定更深入地了解電的來源。一天，他拿出一塊錫片和一枚銀幣，把這兩種金屬放在自己的舌頭上，然后叫助手將金屬導(dǎo)線把它們連接起來，霎時，他感到滿嘴的酸味兒。接著，他將銀幣和錫片交換了位置，當助手將金屬導(dǎo)線接通的一瞬間，伏特感到滿嘴的咸味。意大利物理學家伏特就多次重復(fù)了伽伐尼的實驗。作為物理學家，他的注意點主要集中在那兩根金屬上，而不在青蛙的神經(jīng)上。對于伽伐尼發(fā)現(xiàn)的蛙腿抽搐的現(xiàn)象，他想這可能與電有關(guān)，但是他認為青蛙的肌肉和神經(jīng)中是不存在電的，他推想電的流動可能是由兩種不同的金屬相互接觸產(chǎn)生的，與金屬是否接觸活動的或死的動物無關(guān)。實驗證明，只要在兩種金屬片中間隔以用鹽水或堿水浸過的（甚至只要是濕和）硬紙、麻布、皮革或其它海綿狀的東西（他認為這是使實驗成功所必須的），并用金屬線把兩個金屬片連接起來，不管有沒有青蛙的肌肉，都會有電流通過。這就說明電并不是從蛙的組織中產(chǎn)生的，蛙腿的作用只不過相當于一個非常靈敏的驗電器而已。1836年，英國的丹尼爾對“伏特電堆”進行了改良。他使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅─銅電池，又稱“丹尼爾電池”。此后，又陸續(xù)有去極化效果更好的“本生電池”和“格羅夫電池”等問世。但是，這些電池都存在電壓隨使用時間延長而下降的問題。1860年，法國的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是，當電池使用一段使電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回升。因為這種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為“蓄電池”。然而，無論哪種電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體，因此搬運很不方便，特別是蓄電池所用液體是硫酸，在挪動時很危險。也是在1860年，法國的雷克蘭士(GeorgeLeclanche)還發(fā)明了世界廣受使用的電池（碳鋅電池）的前身。它的負極是鋅和汞的合金棒(鋅－伏特原型電池的負極，經(jīng)證明是作為負極材料的最佳金屬之一)，而它的正極是以一個多孔的杯子盛裝著碾碎的二氧化錳和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作為電流收集器。負極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此系統(tǒng)被稱為“濕電池”。雷克蘭士制造的電池雖然簡陋但卻便宜，所以一直到1880年才被改進的“干電池”取代。負極被改進成鋅罐（即電池的外殼），電解液變?yōu)楹隣疃且后w，基本上這就是現(xiàn)在我們所熟知的碳鋅電池。1887年，英國人赫勒森發(fā)明了最早的干電池。干電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。1890年ThomasEdison發(fā)明可充電的鐵鎳電池1896年在美國批量生產(chǎn)干電池1896年發(fā)明D型電池.1899年WaldmarJungner發(fā)明鎳鎘電池.1910年可充電的鐵鎳電池商業(yè)化生產(chǎn)1911年我國建廠生產(chǎn)干電池和鉛酸蓄電池（上海交通部電池廠）1914年ThomasEdison發(fā)明堿性電池.1934年SchlechtandAkermann發(fā)明鎳鎘電池燒結(jié)極板.1947年Neumann開發(fā)出密封鎳鎘電池.1949年LewUrry(Energizer)開發(fā)出小型堿性電池1954年GeraldPearson，CalvinFullerandDarylChapin開發(fā)出太陽能電池.1956年Energizer.制造第一個9伏電池1956年我國建設(shè)第一個鎳鎘電池工廠（風云器材廠（755廠））1960前后UnionCarbide.商業(yè)化生產(chǎn)堿性電池，我國開始研究堿性電池（西安慶華廠等三家合作研發(fā)）1970前后出現(xiàn)免維護鉛酸電池.1970前后一次鋰電池實用化.1976年P(guān)hilipsResearch的科學家發(fā)明鎳氫電池.1980前后開發(fā)出穩(wěn)定的用于鎳氫電池的合金.1983年我國開始研究鎳氫電池（南開大學）1987年我國改進鎳鎘電池工藝，采用發(fā)泡鎳，電池容量提升40％1987前我國商業(yè)化生產(chǎn)一次鋰電池1989年我國鎳氫電池研究列入國家計劃1990前出現(xiàn)角型（口香糖型）電池，1990前后鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)1991年Sony可充電鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)1992年KarlKordesch，JosefGsellmannandKlausTomantschger取得堿性充電電池專利1992年BatteryTechnologies，Inc.生產(chǎn)堿性充電電池1995年我國鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)初具規(guī)模1999年可充電鋰聚合物電池商業(yè)化生產(chǎn)2000年我國鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)2000年后燃料電池，太陽能電池成為全世界矚目的新能源發(fā)展問題的焦點。1.2各種細分電池的概述1.2.1鋰電池鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家愛迪生，使用以下反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。由于鋰金屬的化學特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用?，F(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。鋰離子電池主要優(yōu)點：1、比能量比較高。具有高儲存能量密度，目前已達到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍；2、使用壽命長，使用壽命可達到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池用1CDOD充放，有可以使用10，000次的記錄；3、額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V），約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組；4、具備高功率承受力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速；5、自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20；6、重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5-6；7、高低溫適應(yīng)性強，可以在-20℃--60℃8、綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。9、生產(chǎn)基本不消耗水，對缺水的我國來說，十分有利。比能量指的是單位重量或單位體積的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L來表示。Wh是能量的單位，W是瓦、h是小時；kg是千克(重量單位)，L是升(體積單位)。鋰電池的缺點：1、鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險。2、鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差。3、鋰離子電池均需保護線路，防止電池被過充過放電。4、生產(chǎn)要求條件高，成本高。鋰電池（鋰原電池）和鋰離子電池是20世紀開發(fā)成功的新型高能電池。鋰原電池的負極是金屬鋰，正極用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。70年代進入實用化。因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于水力、火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，郵電通訊的不間斷電源，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應(yīng)用。目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用，預(yù)計將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，并將在人造衛(wèi)星、航空航天和儲能方面得到應(yīng)用。隨著能源的緊缺和世界的環(huán)保方面的壓力。鋰電現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于電動車行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現(xiàn)，更推動了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。1.2.2鋅錳及堿錳電池鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負極，氯化銨水溶液為主電解液的原電池。俗稱干電池。在學術(shù)界中又稱為勒克朗謝電池。鋅錳電池是用面粉、淀粉等使電解液成為凝膠，不流動，形成隔離層，或用棉、紙等加以分隔。鋅錳電池的開始電壓隨使用的MnO2的種類、電解液的組成和pH值等的不同而異，一般在1.55～1.75V，公稱電壓為1.5V。最適宜的使用溫度為15～30℃。鋅錳電池是普通干電池的升級換代的高性能電池產(chǎn)品，有LR6(五號)和LR03(七號)兩種產(chǎn)品電池。產(chǎn)品分普通型(含汞量0.60%)和微汞量(含汞量不大于0.025%)，現(xiàn)正在開展無汞型電池試制。堿錳電池，是在堿性鋅錳電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于應(yīng)用了無汞化的鋅粉及新型添加劑，故又稱為無汞堿錳電池。這種電池在不改變原堿性電池放電特性的同時，又能充電使用幾十次到幾百次，比較經(jīng)濟實惠。堿錳電池是在1882年研制成功，1912年就已開發(fā)，到了1949年才投產(chǎn)問世。人們發(fā)現(xiàn)，當用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl做電解質(zhì)時，無論是電解質(zhì)還是結(jié)構(gòu)上都有較大變化，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。堿錳電池它的特點：1、開路電壓為1.5V；2、工作溫度范圍寬在－20℃～60℃1.2.3鎳鎘及鎳氫電池鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，經(jīng)濟耐用。其內(nèi)部抵制力小，既內(nèi)阻很小，可快速充電，又可為負載提供大電流，而且放電時電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電池。鎳鎘電池（Ni-Cd，Nickel-CadmiunBatteries，Ni-CdRechargeableBattery）是最早應(yīng)用于手機、超科等設(shè)備的電池種類，它具有良好的大電流放電特性、耐過充放電能力強、維護簡單。鎳鎘電池最致命的缺點是，在充放電過程中如果處理不當，會出現(xiàn)嚴重的“記憶效應(yīng)”，使得服務(wù)壽命大大縮短。所謂“記憶效應(yīng)”就是電池在充電前，電池的電量沒有被完全放盡，久而久之將會引起電池容量的降低，在電池充放電的過程中（放電較為明顯），會在電池極板上產(chǎn)生些許的小氣泡，日積月累這些氣泡減少了電池極板的面積也間接影響了電池的容量。當然，我們可以通過掌握合理的充放電方法來減輕“記憶效應(yīng)”。此外，鎘是有毒的，因而鎳鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境的保護。眾多的缺點使得鎳鎘電池已基本被淘汰出數(shù)碼設(shè)備電池的應(yīng)用范圍。鎳鎘電池可重復(fù)500次以上的充放電，經(jīng)濟耐用。其內(nèi)部抵制力小，既內(nèi)阻很小，可快速充電，又可為負載提供大電流，而且放電時電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電池。與其它類型的電池比較，鎳鎘電池可耐過充電或過放電。鎳鎘電池的放電電壓根據(jù)其放電裝置有所差異，每個單元電池(Cell)大約是1.2V，電池容量單位為Ah(安時)、mAh(毫安時)，放電終止電壓的極限值稱為“放電終止電壓”，鎳鎘電池的放電終止電壓為1.0/cell(cell為每一單元電池)。自放電率低，鎳鎘電池在長間放置的情況下，特性也不會劣化，充分充電后可完全恢復(fù)原來的特性，它可在－20℃＋60提高電池性能及延長電池使用壽命的關(guān)鍵在于避免記憶效應(yīng)和過度放電。鎳鎘電池有記憶效應(yīng)，即鎳鎘電在幾次低容量下的充放電工作之后。如果要進行一次較大容量的充放電，電池將無法正常工作，這種情況即為記憶效應(yīng)(Memoryeffect)。記憶效應(yīng)使得放電終止電壓被設(shè)定的較高的錄像機、攝像機上，隨著工作電壓的降低，電池容量表面上也隨著降低，但放電電壓的降低可能是一至二次完全放電而造成的暫時現(xiàn)象。記憶效應(yīng)使得電池的性能不能得到充分發(fā)揮，也給拍攝帶來極大的不便。因此，在使用中應(yīng)注意使用帶充放電性能的充電器，如Sony公司的BC－1WDCE，避免記憶效應(yīng)的產(chǎn)生，使用一般充電器的如BC－1WA、BC－1WB時，可在10次左右的充電以后進行一次放電，也可以達到防止記憶效應(yīng)的目的。1.2.4蓄電池所謂蓄電池即是貯存化學能量，于必要時放出電能的一種電氣化學設(shè)備。蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲存起來，在合適的地方使用。它的工作原理就是把化學能轉(zhuǎn)化為電能。它用填滿海綿狀鉛的鉛板作負極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用1.28％的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學能，放電時化學能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時，金屬鉛是負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學電池。鉛蓄電池是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個鉛蓄電池串聯(lián)起來使用，電壓是6V。汽車上用的是6個鉛蓄電池串聯(lián)成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時間后要補充蒸餾水，使電解質(zhì)保持含有22～28％的稀硫酸。鉛酸蓄電池產(chǎn)品主要有下列幾種，其用途分布如下：起動型蓄電池：主要用于汽車、摩托車、拖拉機、柴油機等起動和照明；固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計算機系統(tǒng)作為保護、自動控制的備用電源；牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車、叉車、鏟車等動力電源；鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機車、電力機車、客車起動、照明之動力；儲能用蓄電池：主要用于風力、太陽能等發(fā)電用電能儲存。1.2.5太陽能電池太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。光—熱—電轉(zhuǎn)換（1）光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。光—電直接轉(zhuǎn)換（2）光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式(以下表示為a-)兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機膜形，而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形(a-Si:H，a-Si:H:F，a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs，InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化鋅(Zn3p2)等。太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。1、硅太陽能電池硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實驗室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時的效率為15%。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。因此，多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實際應(yīng)用。如果能進一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅太陽能電池無疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。2、多元化合物薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。3、聚合物多層修飾電極型太陽能電池以有機聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制造的研究方向。由于有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實用意義的產(chǎn)品，還有待于進一步研究探索。4、納米晶太陽能電池納米TiO2晶體化學能太陽能電池是新近發(fā)展的，優(yōu)點在于它廉價的成