19、自旋依赖储备电池：原理、设计与性能解析

自旋依赖储备电池：原理、设计与性能解析

1. 自旋依赖储备电池概述

在军事和部分民用领域，对于具有长储存寿命要求的应用场景，储备电池成为了重要的电力来源。尤其是当系统要求电源与电子设备一体化封装，且在整个储存寿命期间无需更换时，储备电池的优势更为明显。例如，火炮和其他自旋稳定弹丸的引信、控制和保险系统等典型应用，都依赖储备电池提供电力。

然而，高自旋力（如火炮弹丸中遇到的）会给许多电池设计带来挑战。不过，液体电解质储备电池已经发展出了特殊设计，利用自旋来实现电池的激活，并将电解质保留在电池结构内。

一个典型的自旋依赖储备电池由电极堆叠和金属安瓿组成。电极堆叠由环形配置的电极和电池隔板组成，以干燥状态封装，因此能够长期储存。金属安瓿插入堆叠的中心孔中，用于容纳电解质。当火炮发射时，安瓿打开，电解质被释放，并通过离心力分布到环形电池中，从而使电池激活。

2. 电池化学反应原理

• 铅/氟硼酸/二氧化铅电池 ：最常用的化学反应是铅/氟硼酸/二氧化铅电池，其简化反应式为：$Pb + PbO_2 + 4HBF_4 → 2Pb(BF_4)_2 + 2H_2O$。在这些应用中使用氟硼酸而非更常见的硫酸电解质，是因为氟硼酸在军事应用所需的极低温度下性能更好。这部分是由于储备电池放电时没有不溶性反应产物。
• 锂阳极电池 ：最近，采用锂阳极的自旋依赖液体电解质储备电池得到了发展。最有前景的系统是亚硫酰氯同时作为电解质载体和活性阴极去极化剂的系统，其电池反应为：$4Li + 2SOCl_2 → 4LiCl + S + SO_2$。