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杨晗之

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充电电池的使用秘籍

2014-06-22 16:27:26

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文/刘


在日常生活中,我们常常能看到电池的身影,小到手机,大到电动汽车,都离不开电池。目前,我们经常接触的电池有干电池、充电电池、太阳能电池、燃料电池等。其中,充电电池是你几乎每天都可能会用到的,但你真的会正确使用了吗?

 

了解常见的充电电池

目前,市面上常见的充电电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池。


铅酸电池 是充电电池中最早发展起来的型号,一般利用硫酸等酸性介质作为电解质,利用铅的氧化还原过程进行电池的充放电,电压可从几伏到数十伏。这种电池往往比较笨重(几千克至数十千克),而且使用的材料环保性不佳。但是,由于其容量巨大,至今仍然具有难以替代的广泛用途,尤其是在汽车、电动车及光伏电站中的应用。近年来,一些改进型铝酸电池,如胶体电池等,在安全性和环保性等方面有所改善。

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镍镉电池 一般用于小型用电器,如电动玩具、小家电等,电压一般为1.2伏,容量一般为1000毫安。和锂电池、铅酸电池相比较为安全,成本一般比镍氢电池低;缺点是容量一般不太高,且镉为有毒物质,处理成本较高。

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镍氢电池 类似于镍镉电池,但除了类似用途之外,还常用于笔记本电脑。和镍镉电池相比,电压及容量可以做得更大,而且记忆效应较小;缺点是价格往往较高。

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锂电池 利用锂化合物的氧化还原反应进行充放电,是非酸性电池中容量较高的类型,其体积小,电压高(一般为3.6伏以上),储电量大(可高达数千毫安)。缺点是热性能和机械性能不太稳定,容易导致爆炸事故,在飞机上及回收管理上对此有严格限制。近年来发展出锂聚合物电池,稳定性有所提高,且不含液体电解质,可制成各种形状及高电压电池。

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正确对电池进行充电

手机一般使用锂电池或者锂聚合物电池,注意要使用标准配置的充电器,不要使用非标准配置或者便宜的“山寨”充电器。不稳定的电压,要么导致充电不充分形成记忆效应,使得电池性能受损;要么充电电压过高,形成安全隐患。不要对手机电池长时间充电(如12小时以上)。对某些手机,充电时间过长,系统还将开始充-放循环,这对电池是不利的。

笔记本电脑一般使用镍氢电池,要注意使用标准配置的电源适配器。购买笔记本电脑时,一定要注意其电池充放电次数,这个会明显影响笔记本电脑的离线使用性能。一般来说,新笔记本电脑的电池充放电次数不应超过3次,某些品牌的笔记本电脑可通过自带的程序查看这个指标。不过,电脑上提供的这个指标只有在深度放电(如50%)之后才会变化,所以只能作为参考,并不能表示电池的真正充放电次数。此外,不要为了省电池而只使用适配器工作,和你的电脑以及数据比起来,电池只是消耗品而已。

电动车一般使用铅酸电池,也有采用锂电池的。但是,无论哪一种电池,经常出现的问题都是电池组的质量问题。一般来说,市面上的电动车配有由几块电池组成的电池组,电池之间往往存在能量密度差别,充电时能量密度低的电池先充满,而这个时候能量密度高的电池未充满,电路往往会继续充下去,那么能量密度低的电池就很可能会被充爆,引起燃烧或者爆炸。若安装了电池保护板,则可保证充电的均匀性。然而,实际上很多厂商为降低成本常常不安装电池保护板,这样就构成了安全隐患。因此,在购买时首先就要注意这个问题。此外,电源适配器同样要注意匹配,否则也会发生安全问题。相比手机和笔记本电脑,电动车电池的能量密度大得多,安全问题更为突出。笔者所在小区的某楼层就曾因为电池质量不过关发生过电动车电池爆炸事故,将该楼层墙砖、地板及电梯炸坏,并引发火灾。

 

切忌过放和过充

充电电池和人一样,不能太饿,也不能吃得太饱。在使用中,经常出现的问题是过度放电——将充电电池放电至电压接近于零,以及过度充电——在充电电池电压充至可达到的最高值之后继续长时间(如数个小时)充电。此时,电池往往会有明显的发热甚至变形的现象。

如果充电电池过度放电,可尝试用小电流长时间(如8小时以上)充电;若不行,可尝试用较高的电压短时间充电,如对于3.6伏的手机电池使用5伏的USB电压;若依然不行,则建议作废弃处理。一般来说,充电电池过度充电,外形会鼓胀变形等,这种情况下,建议作废弃处理。安全第一,节省这点电池钱,可能付出的是生命的代价!

 

充电电池使用小窍门

充电:充电电源的电压应当比电池满充的电压高一些,否则无法给电池充电。但是,电压也不可过高,否则会导致充电电流难以控制,进一步导致电池损坏。

放电:由于充电电池一般有一个相对恒定的电压,所以负载电阻不可太小,否则放电电流过大(类似于短路),会导致电池损坏。

温度:温度过低,影响电池的充放电效率;温度过高,容易导致副反应,这点尤其对于充电要小心。

 

记忆效应

电池在充电时会产生记忆效应,也就是将充入的电量“记忆”下来。记忆效应的根源在于其电极材料微结构随充放电会产生结构变化,这种变化具有某种不可逆性。以镍镉电池为例,传统工艺中电池的负极为烧结式,镉晶粒较粗,如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电,镉晶粒容易聚集成块,或者说在极板上形成枝晶结构,从而使电池放电时形成次级放电平台,电池会在下次循环中将其作为放电的终点,每一次不完全的充放电都将加深这个效应,从而使得电池容量越来越小。对于铅酸电池而言,过多的枝晶生长甚至会刺破隔板形成短路。对锂电池而言,这个效应则不太明显,但仍然会影响电池的使用寿命。因此,记忆效应其实不仅仅发生于电池使用的初期,在平时使用中也应注意按照说明书正确地使用。为减小记忆效应的影响,我们在使用镍镉或者铅酸蓄电池时,应当在避免过度放电的前提下,将电池尽量放电至最低允许电压(请注意不是零电压),之后再进行充电。


(本文作者刘洪为上海交通大学物理系太阳能研究所副研究员,从事功能纳米结构、太阳能及其他新能源技术的研发工作。)

 

——选自《科学画报》2014年第六期

 






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