鉅大LARGE | 點擊量:1110次 | 2019年12月30日
鋰電池是如何工作的?它又有哪些缺陷?
新浪科技編譯了美國IT網(wǎng)站PCWorld的文章,其詳細闡述了移動設備所使用的鋰電池的原理、缺陷以及未來發(fā)展趨勢。
化學原理
移動設備中使用的電池是化學工程的杰作:將大量的電量存儲在一個小小的方塊中,就可以讓移動設備持續(xù)運行好幾個小時。它是怎么工作的?如何才能發(fā)揮它的最大效用?
現(xiàn)代移動設備多數(shù)都使用鋰電池,主要包含兩個部分:一對電極和存在于它們之間的電解液。電極的材料有很多種,可以是鋰,也可以是石墨,甚至可以是納米線,但無一例外都要依賴鋰這種化學成分。這是一種活性金屬,因此容易與其他元素合成。純鋰的活性極高,甚至會在空氣中自燃,所以多數(shù)電池都使用更加安全的鈷酸鋰。
兩個電極之間是電解液,通常是一種液態(tài)有機溶劑,使得電子可以在其中流動。當鋰電池充電時,鈷酸鋰分子可以俘獲電子,然后在電池使用過程中釋放電子,從而支持手機的運行。
鋰電池是最常見的一種電池,因為它可以在最小的空間內(nèi)存儲最多的電量。這需要通過能量密度來衡量,也就是每千克電池所能存儲的電量,以瓦時(wh)為單位。鋰電池的能量密度一般在150至250瓦時/千克之間,而鎳氫電池僅為100瓦時/千克。換句話說,鋰電池比其他類型的電池更小、更輕,因此能夠壓縮設備的體積,但依然可以保持較長的電池續(xù)航時間。
上述化學過程可以歸納如下:設備中的電池可以存儲電量,之后,內(nèi)部的化學物質(zhì)便會以任何可能的方式釋放電量。但這同樣會出現(xiàn)問題,例如,最新的波音787夢想客機的電池就會在飛機??繒r出現(xiàn)著火故障。
這是鋰電池的缺陷之一:倘若電池放電過度,內(nèi)部的化學物質(zhì)便會分解,生成過量的氧化鋰,從而燃燒,并生成更多的氧化鋰,如此反復。化學家稱之為熱失控,普通人看到的是著火,這也是波音787被美國特種管理局(FAA)禁飛的原因。由于電池被刺破后也會發(fā)生同樣的情況,因此美國運輸安全管理局(TSA)建議飛機乘客將電池小心放置于隨身行李中,而不要托運。
電池容量
電池容量的單位是毫安時(mAh),代表的是一塊電池所能提供的整體電量。例如,倘若一塊電池容量為1000毫安時,便可以在1小時內(nèi)持續(xù)供應1000毫安的電流。如果你的設備電流為500毫安,那么這塊電池的使用時間大約為2小時。
不過,一款設備的電池續(xù)航時間要更加復雜一些,因為特定設備的具體耗電量取決于它所執(zhí)行的任務。倘若這款設備的屏幕點亮、無線傳輸功能開啟、處理器全速運行,便會比屏幕關(guān)閉、無線傳輸功能關(guān)閉、處理器閑置時消耗更多的電量。
正因如此,消費者應當更加謹慎地對待廠商宣稱的電池續(xù)航時間他們可能會通過調(diào)低屏幕亮度,或是關(guān)閉部分組件的方式來延長續(xù)航時間。如果你感到好奇,可以使用一些專門的應用來監(jiān)測移動設備的耗電量和電池狀態(tài),Android中的BatteryMonitorWidget和iOS中的BaterryLifePro都可以實現(xiàn)。
控制電流
由于有可能著火,所以必須對鋰電池進行嚴密控制。電池廠商通過充電控制器來管理電流,從而實現(xiàn)這一目的。事實上,每一塊電池都內(nèi)置有一臺小型電腦來防止其過度放電。這個組件還可以控制充電期間進入到電池中的電流,在即將充滿時放緩電流,避免過度充電。
手機電池技術(shù)詳解:鋰電池為何會著火?
手機充電時,最后一部分電量需要花費更長時間才能充滿
為了展示這一過程,我們對三星GalaxyNote手機進行了充電,并測量了整個過程中的電流,而且與對應的電量比例進行了對比。從上圖可以看出,充電初期的電流最高,之后逐漸降低。最后一部分電量的充電時間很長,原因是控制器在放緩電流,避免電池過沖。
未來發(fā)展
電池技術(shù)一直在進步,全球各地的很多實驗室都在研究新的電池技術(shù),以便取代鋰電池,或是開發(fā)更高級的鋰電池技術(shù)。
在這些新技術(shù)中,很多都用到了超級電容,從而在瞬間存儲電量,然后瞬間釋放,效果類似于閃光燈。由于幾乎不涉及化學反應,超級電容可以大幅加快充電時間,但目前的超級電容只能在一瞬間釋放電量,不符合多數(shù)移動設備的要求。
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