电车电池主要包括以下几种成分:
一、铅酸电池
- 正极
- 主要成分是二氧化铅(PbO?)。在电池放电过程中,二氧化铅会与硫酸发生反应,其中铅元素从+4价逐步被还原,参与电极反应并提供电子,是电池正极的活性物质,在充电过程中又会重新生成二氧化铅。
- 例如,在铅酸电池放电时,正极的反应式为:PbO?+4H?+SO?2?+2e?=PbSO?+2H?O,这个反应式体现了二氧化铅在放电过程中的变化。
- 负极
- 主要成分是海绵状铅(Pb)。它是电池负极的活性物质,在放电时铅原子会失去电子变成铅离子,与硫酸根离子结合形成硫酸铅(PbSO?)沉积在负极表面。在充电时,硫酸铅又会被还原为海绵状铅。例如,负极放电反应为:Pb+SO?2?-2e?=PbSO?。
- 电解液
- 主要是稀硫酸(H?SO?)溶液。它在电池中起到离子传导的作用,能够让氢离子(H?)和硫酸根离子(SO?2?)在正负极之间移动,从而保证电池内部的电化学反应顺利进行。在电池充放电过程中,硫酸的浓度会发生变化,随着放电的进行,硫酸被消耗,浓度降低;充电时,硫酸又会重新生成,浓度升高。
二、锂离子电池(以常见的三元锂电池为例)
- 正极
- 通常是由镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)的氧化物组成,如镍钴锰酸锂(LiNixCoyMnzO?,其中x+y+z=1)。这些金属元素在电池的充放电过程中,能够通过锂离子的嵌入和脱嵌来实现电池的储能和释能。例如,在充电时,锂离子从正极材料中脱嵌出来,通过电解液向负极移动;放电时,锂离子则从负极嵌入正极材料中。
- 钴元素可以稳定材料的层状结构,并且能够提高电池的倍率性能;镍元素有助于提高电池的能量密度,使电池能够存储更多的电量;锰元素可以降低材料成本,并且提高电池的安全性和稳定性。
- 负极
- 一般是石墨(C)。石墨具有层状结构,能够为锂离子提供良好的嵌入和脱嵌通道。在电池充放电过程中,锂离子可以在石墨层间嵌入和脱嵌。例如,充电时,锂离子从正极脱出后嵌入到石墨负极的层间,形成锂-石墨插层化合物(LiC?);放电时,锂离子从负极脱出,重新回到正极。
- 电解液
- 主要成分是锂盐(如六氟磷酸锂LiPF?)和有机溶剂(如碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC等)。锂盐能够提供锂离子,有机溶剂则可以溶解锂盐,并且使电解液具有良好的离子导电性和化学稳定性。在电池工作过程中,锂离子通过电解液在正负极之间移动,而且电解液还可以防止正负极直接接触发生短路。
除了上述两种主要的电车电池类型外,还有其他一些电池技术,如磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池的正极是磷酸铁锂(LiFePO?),它具有较高的安全性和较长的循环寿命,其负极和电解液成分与锂离子电池类似。这些电池成分的不同组合和优化,使得电车电池能够在能量密度、安全性、循环寿命等方面不断改进。