了解单体和电池的区别与定义

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：单体电池、电池和充电电池都是有各自准确定义的电化学单元，但是它们或多或少地被等同视之，而且对它们之间的界定也十分模糊。单体电池是由Alessandro Volta于1800年发明的一种电化学发电装置。我们将可充电的电化学单体电池称为可充电电池。而对于电池一词，是从火炮借用来的术语，可充电和不可充电的电池均可用它来描述。尽管二次电池很少采用可再生的反应剂，但是区分一次电池还是二次电池对使用可再生反应剂的系统来说仍然重要。

燃料电池是一种能将燃料的化学能转换为电能和热能的系统。单体电池（一次电池）、电池和充电电池（二次电池）都是有各自准确定义的电化学单元，但是它们或多或少地被等同视之，而且对它们之间的界定也十分模糊。单体电池是由Alessandro Volta于1800年发明的一种电化学发电装置。它采用一组电极和分隔室组成电堆（单体电池是由一对电极组成的），分隔室装有化学反应剂，现在的分隔室大多采用圆柱状或者盘状结构。这些容器内预置一定数量的化学反应剂，因此只能供应有限的电能。当反应剂的化学能耗尽时，就不再有电能输出。只有当单体电池所谓的放电这一过程可逆时，通过给电池单体充电（将电池单体和外接电源连接起来注入电能），整个系统才会重新获得和放电前一样容量的电量。我们将可充电的电化学单体电池称为可充电电池。而对于电池（battery，蓄电池或电池组）一词，是从火炮借用来的术语，可充电和不可充电的电池均可用它来描述。理论上，电池是指被连在一起的一组单体电池，但有时也指一个单体电池，这也是为什么不同的术语看上去具有相同意思。电化学家借助次序的概念区分电池系统（好在还算描述明白）：“一次电池”是指不可充电电池，而“二次电池”是指可充电电池。注意在法语中，“pile”特指一次电池，而“battery”则特指二次电池，但在英语中没有这种区别。一次电池和二次电池的一个共同特点是，都具有不可再生的化学反应物；不同之处在于，前者在电量耗尽之后不能再用，而后者在电量耗尽之后需要充电才能继续使用，因此，二次电池在充电阶段需要停止电能输出。

可连续不断更换的化学反应剂称为“燃料”或者“燃烧剂”，具体取决于它们在反应系统中的角色，这些我们会在后面了解到。因此，从这个意义上看，燃料电池是反应剂可在使用过程中再生的一次电池。尽管二次电池很少采用可再生的反应剂，但是区分一次电池还是二次电池对使用可再生反应剂的系统来说仍然重要。燃料电池只发生单方向反应，将化学能转换成电能，而“燃料蓄电池”（fuel

accumulator）可双向反应。从技术上讲，后者由可独立运行的两套装置构成，即燃料电池和电解槽（统指将电能转换为化学能的装置）。表6-1列出了按照可充电性和可再生性原则形成的四类装置。

任何一个非纯电的储能过程都存在能量的双向转换过程：一个方向为了获得可储存的能量，另外一个方向为了以电的形式输送回去。“燃料蓄电池”将燃料电池和电解槽连接在一起，就是一个化学形式的电能储存系统。

表6-1 四类用于能量转换的电化学系统

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