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GP 超霸充電池高電力鎳氫(NiMH)電池第十六次使用

GP 超霸充電池高電力鎳氫(NiMH)電池終於在2012/04/23 09:52沒電了,從2012/04/11 14:30使用到現在,計12天,比上次的16天又少了4天,看來續航力有下降趨勢。ㄚ琪打字到這裡,還沒什麼靈感寫什麼才好說,後來想到在美國的時候,使用Garmin 推出的 nuvi 1300 GPS還真好用,但是超級麻煩的就是常常沒電,害得我們迷路花了很多的時間,它的電源使用12/24Volt,機子裡面有充電式鋰電池:約3.5小時(背光亮度50%狀態),這個電源一度讓我們以為美國車跟台灣車的電壓有所不同,導致用分離式點煙器電源線沒辦法充電,後來經過有人的查詢認為沒什麼不同,才讓我們把問題的疑點轉向機子的USB插槽有問題,導致無法充電。

真是讓人懷疑為什麼只有內建鋰電池啊,這樣沒電的時候根本就沒轍,所以這個內建是的配備真是不優。

不過今天就讓我們談談鋰離子電池吧,維基這樣說明:『鋰離子電池是一種充電電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。習慣上,鋰離子進入正極材料的過程叫嵌入,離開的過程叫脫嵌;鋰離子進入負極材料的過程叫插入,離開的過程叫脫插。 鋰離子電池容易與下面兩種電池混淆::存在鋰單質。鋰離子聚合物電池:用多聚物取代液態有機溶劑。』

我們從歷史可以看出鋰離子電池所有的材料:一開始M.S.Whittingham採用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料;之後利用鋰離子嵌入石墨的特性製作充電電池;1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發現錳尖晶石是優良的正極材料,具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠低於鈷酸鋰,即使出現短路、過充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險;聚合陰離子的正極將產生更高的電壓;1996年Padhi和Goodenough發現具有橄欖石結構的磷酸鹽,如磷酸鋰鐵(LiFePO4),比傳統的正極材料更具優越性,因此已成為當前主流的正極材料。

正極材料的演進:硫化鈦->錳尖晶石->橄欖石結構的磷酸鹽,如磷酸鋰鐵(LiFePO4)

負極材料的演進:金屬鋰->鋰離子嵌入石墨

看起來有關電池的工作,就是要一直找好的材料,做好的電池。

鋰離子的優點:高能量密度、開路電壓高、輸出功率大、無記憶效應、低自放電、工作溫度範圍寬、充、放電速度快。

因這些優點讓其廣泛應用於消費電子產品、軍工產品、航空產品等,連ㄚ琪家的GPS也是這樣用的。

它的缺點ㄚ琪就不提了,倒是化學式很感興趣:

和所有化學電池一樣,鋰離子電池也由三個部分組成:正極、負極和電解質。電極材料都是鋰離子可以嵌入(插入)/脫嵌(脫插)的。

正極材料:可選的正極材料很多,目前主流產品多採用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照:

正極材料 平均輸出電壓 能量密度
LiCoO2 3.7 V 140 mAh/g
Li2Mn2O4 4.0 V 100 mAh/g
LiFePO4 3.3 V 100 mAh/g
Li2FePO4F 3.6 V 115 mAh/g

正極反應:放電時鋰離子嵌入,充電時鋰離子脫嵌。

  • 充電時:LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe
  • 放電時:Li1-xFePO4 + xLi+ + xe → LiFePO4

負極材料:多採用石墨。新的研究發現鈦酸鹽可能是更好的材料。

負極反應:放電時鋰離子脫插,充電時鋰離子插入。

    • 充電時:xLi+ + xe + 6C → LixC6
    • 放電時:LixC6 → xLi+ + xe + 6C

 

電解質溶液

溶質:常採用鋰鹽,如高氯酸鋰(LiClO4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)。

溶劑:由於電池的工作電壓遠高於水的分解電壓,因此鋰離子電池常採用有機溶劑,如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。有機溶劑常常在充電時破壞石墨的結構,導致其剝脫,並在其表面形成固體電解質膜(solid electrolyte interphase,SEI)導致電極鈍化。有機溶劑還帶來易燃、易爆等安全性問題。

這樣多的資訊,可以繼續提供給ㄚ琪做研究,雖然有時也覺得很難著力,不過ㄚ琪還是要繼續研究才行。

鎳氫充電電池評比表更新了,歡迎查詢!

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About ㄚ琪

工作達人Fun Taiwan的創辦者及總編,可以在這裡更認識他。

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