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蓄電池工作原理簡單易懂講解

科技 更新时间:2024-12-05 00:40:41

對于手機的蓄電池,大家應該并不陌生。它是給手機提供電勢差,從而使手機産生電流可以正常運行的物品。根據手機電池的工作原理,理論上可以無限的循環充放電,但實際上卻不能無限的循環充放電。這又是為什麼呢?

蓄電池工作原理簡單易懂講解(蓄電池的工作原理)1

手機

蒼鷹之前已經對手機電池的工作原理進行了分析,下面蒼鷹先帶大家簡單回顧一下。

手機電池一般使用的是钴酸锂蓄電池。

電池放電時,電池的工作原理類似于原電池的工作原理,通過氧化還原反應,将化學能轉化為驅動手機電能。負極吸附了金屬锂的石墨電極中0價的锂失去1個電子發生氧化反應變為 1價的锂離子,锂離子進入溶液通過锂離子交換膜移動到正極。正極的過氧化钴電極,得到負極失去的1個電子并捕捉負極過來的锂離子發生還原反應變為氧化钴锂。

蓄電池工作原理簡單易懂講解(蓄電池的工作原理)2

手機電池

負極反應方程式:

LixC6-e-=xLi C6

正極反應方程式:

CoO2 Li e-=LiCoO2

總反應方程式(化學方程式):

LixC6 XCoO2=xLiCoO2 C6

電池充電時,電池的工作原理類似于電解池的工作原理,通過氧化還原反應,将電源轉化為化學能。正極這時變為陽極,氧化钴锂這時失去1個電子,發生氧化反應變為過氧化钴,锂離子進入溶液通過锂離子交換膜移動到負極。負極這時變為陰極,移動過來的锂離子得到1個電發生還原反應,變為0價的锂被石墨電極吸附。

蓄電池工作原理簡單易懂講解(蓄電池的工作原理)3

手機電池

陽極反應方程式:

LiCoO2-e-=CoO2 Li

陰極反應方程式:

xLi C6 xe-=LixC6

總反應方程式(化學方程式):

xLiCoO2 C6=LixC6 xCoO2

電池原理化學方程式:

LixC6 xCoO2(放電)→ ←(充電)xLiCoO2 C6

接下來蒼鷹給大家講解引起電池老化的原因。

锂作為一種堿金屬,擁有較強的還原性,且锂的還原性比氫氣強,我知道質換反應的實質是氧化性或還原性強的元素單質置換出相比該單質氧化性或還原性較弱的單質。故電池放電時,有少量0價的锂有會和溶液中的氫離子反應生成氫氣,而該反應是不可逆的,其實不隻在手機電池放電時會發生這個反應,手機電池不用時也會自發進行該反應。這也是長時間放置的手機電池,即使從來也沒有使用過也會老化的原因。因為手機電池是密閉狀态,所以生成的氫氣會讓電池膨脹。比如手機電池的鼓包。

蓄電池工作原理簡單易懂講解(蓄電池的工作原理)4

手機電池

化學方程式:

2Li 2H =2Li H2↑(酸性狀态)

2Li 2H2O=2LiOH H2↑(中性狀态)

另外在手機電池放電時,正極并不是完全會生成氧化钴锂,還會生成微量的氧化钴(CoO)和氧化锂(Li2O),該反應也是不可逆的。

化學方程式:

CoO2 2Li 2e- =CoO Li2O

充電時,正極并不是一定會生成過氧化钴,還會生成微量的的三氧化二钴和氧化锂,該反應也是不可逆的。

化學方程式:

2LiCoO2-4e-=Co2O3 Li2O

另外在手機電池充電時,負極反應生成的锂并不是都可以被石墨電極吸附。還有少量生成的锂不會被石墨電極吸附,這部分锂不能參于放電過程。

随着手機電池不斷的充電和放電,锂離子交換膜也會逐漸老化,導緻溶液中的其它離子參于了反應,生成其他物質。

蓄電池工作原理簡單易懂講解(蓄電池的工作原理)5

手機電池

總結一下就是分為化學老化和物理老化

電池化學老化的原理方程式:

自發老化:

2Li 2H =2Li H2↑(酸性狀态)

2Li 2H2O=2LiOH H2↑(中性狀态)

放電老化:

正極老化:

CoO2 2Li 2e- =CoO Li2O

負極老化:

2Li 2H =2Li H2↑(酸性狀态)

2Li 2H2O=2LiOH H2↑(中性狀态)

充電老化:

正極老化:

CoO2 2Li 2e- =CoO Li2O

負極老化:

LixC6=xLi C6

蓄電池工作原理簡單易懂講解(蓄電池的工作原理)6

手機電池

以上就是手機電池老化的主要原因,建議大家使用手機時盡量不要有一些不好的使用習慣,一些不好的手機使用習慣會加快上面的老化速度。比如邊充邊用、頻繁充電、将手機電池的電量完全使用才使用、手機長時間超負荷運行、長時間連接手機充電設備不斷電等。

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