1、电池基础概念与性能解析

电池基础概念与性能解析

1. 电池与电池组件

电池是一种通过电化学氧化 - 还原（氧化还原）反应将其活性材料中所含化学能直接转化为电能的装置。对于可充电系统，电池可通过反向过程进行充电。这种反应涉及电子通过电路从一种材料转移到另一种材料，与非电化学氧化还原反应（如生锈或燃烧）不同，后者电子直接转移且仅涉及热量。由于电池通过电化学方式将化学能转化为电能，因此不受热力学第二定律所规定的卡诺循环限制，具有更高的能量转换效率。

虽然“电池”一词常用，但基本电化学单元是“电池单元（cell）”。电池由一个或多个这样的电池单元以串联、并联或两者结合的方式连接而成，具体取决于所需的输出电压和容量。

电池单元由三个主要组件组成：
1. 阳极或负极 ：作为还原剂或燃料电极，在电化学反应中向外部电路释放电子并被氧化。
2. 阴极或正极 ：作为氧化剂电极，在电化学反应中从外部电路接受电子并被还原。
3. 电解质 ：离子导体，为电池单元内部阳极和阴极之间的电荷（以离子形式）转移提供介质。电解质通常是液体，如水或其他溶剂，其中溶解有盐、酸或碱以赋予离子导电性。一些电池使用固体电解质，它们在电池单元的工作温度下是离子导体。

在实际系统中，选择阳极时会考虑以下特性：作为还原剂的效率、高库仑输出（Ah/g）、良好的导电性、稳定性、易于制造和低成本。氢气作为阳极材料具有吸引力，但需要某种方式进行容纳，这实际上降低了其电化学当量。实际上，金属主要用作阳极材料，锌由于其有利特性一直是主要的阳极材料。锂作为最轻的金属，具有较高的电化学当量，随着合适且兼容的电