高能電池的種類

1、以鎂作負(fù)極活性物質(zhì)的鎂干高能電池

其結(jié)構(gòu)與鋅-錳干電池基本相同。鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢比較低，電化學(xué)當(dāng)量小，具備了作為高能電池負(fù)極活性物質(zhì)的優(yōu)良條件。例如鎂-錳干電池的實(shí)際比能量是鋅-錳干電池的4倍,工作時(shí)電壓平穩(wěn)，在低溫下也具有較好的工作能力，并且能耐高溫貯存。其缺點(diǎn)是有電壓滯后現(xiàn)象（接通后需要經(jīng)一段時(shí)間，電壓才能上升至終止電壓值），滯后時(shí)間約為2～3秒；由于腐蝕作用，鎂電極電流效率低；不宜于小電流長時(shí)間的間歇放電。

金屬-空氣高能電池:以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，金屬作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池。

2、鋰-非水電解質(zhì)溶液高能電池

鋰的電化學(xué)當(dāng)量約為鎂的二分之一，因此作為高能電池的負(fù)極，鋰比鎂更優(yōu)越。但鋰與水要激烈反應(yīng)，須采用有機(jī)溶劑或非水的無機(jī)溶劑來配制電解質(zhì)溶液，再加入無機(jī)鹽使之導(dǎo)電。使用的正極材料主要有固體氟化物、氯化物、氧化物、硫化物。這些電池的理論比能量大都在1000瓦時(shí)/千克以上。其實(shí)際比能量也比較高。例如鋰-氟化銅(Li/CuF2)電池在放電電流密度為2毫安/厘米2時(shí),實(shí)際比能量可達(dá)250瓦時(shí)/千克。由于有機(jī)電解質(zhì)溶液的比電導(dǎo)小，電流密度不能提高,因此鋰-非水電解質(zhì)溶液電池是一種高比能量、低功率的電池。而鋰－硫化物電池在重負(fù)荷下放電，特別當(dāng)外部短路時(shí)還會(huì)發(fā)生爆炸。

3、鈉－硫高能電池

是近幾年研制出的比較成熟的一種二次高能電池。它的負(fù)極是熔融金屬鈉（Na）；正極活性物質(zhì)是熔融多硫化鈉（Na2Sx），通常充滿在多孔碳中,碳作為正極集流體。需采用導(dǎo)電陶瓷管將鈉與多硫化鈉隔開，以防直接反應(yīng)而引起自放電。此外，陶瓷管還起電池中的電解質(zhì)作用。電池放電時(shí),負(fù)極上的反應(yīng)為2Na─→2Na++2e-Na+

通過導(dǎo)電陶瓷管進(jìn)入正極與硫發(fā)生反應(yīng)形成多硫化物。當(dāng)負(fù)極的鈉耗盡的時(shí)候則放電終止。為使鈉和多硫化鈉都處于液態(tài),放電需在300℃左右進(jìn)行。鈉-硫電池的實(shí)際比能量已經(jīng)達(dá)100瓦時(shí)/千克,充放電循環(huán)壽命可達(dá)2000個(gè)深放電循環(huán)，因此特別適于用作車輛的電力電池。

4、鋰高溫高能電池

以鋰為負(fù)極，硫族（包括硫化物）和氯氣為正極活性物質(zhì)，熔融鹽為電解質(zhì)的電池。由于采用熔融鹽，電池在300～600℃間工作，因此鋰高溫高能電池與鈉－硫電池合稱為高溫電池。液態(tài)鋰電極經(jīng)多次充放電循環(huán)后易失去濕潤性；硫在高溫下要揮發(fā)，并有腐蝕性；氯是氣體，難以處理。因此鋰高溫電池研制的方向?qū)⑾蛞凿嚭辖馂樨?fù)極和以硫化物為正極的方向發(fā)展。如鋰鋁合金-硫化鐵電池，其電池反應(yīng)為4LiAl+FeS2─→2Li2S+Fe+4Al。