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据Brightsurf网站2006年2月17日报道,美国麻省理工学院的研究人员最近研发出一种可用于混合动力汽车的新型锂电池,这种新型电池将成为目前混合动力汽车提供动能电池的廉价替代产品。
迄今为止,锂电池不管在快速充电能力还是在提供安全稳定电量方面还不足以满足混合动力汽车的需要。而目前混合动力汽车主要依赖镍氢电池提供动能,镍氢电池不仅能够为电动发动机提供动能,还能够在混合动力汽车在减速或是停车时快速充电。
美国麻省理工学院材料科学和工程系的教授戈布兰德-悉德表示,这种使用锂镍锰氧化物制造锂电池的新技术能够为混合动力汽车行业带来革命性的变化,许多公司对这种新型锂电池技术感兴趣,并有意得到生产许可。
目前,氧化锂钴电池主要是用于一些较小的电子设备,如手机、笔记本电脑、可充电个人数字助理和像起搏器这样的医用电子设备。氧化锂钴材料较小的安全风险在其应用到小型电子设备时是比较容易处理的,但是当这种材料应用到为混合动力汽车提供能量的大型电池时就不可行了,而且钴材料的成本也相当的昂贵。
新型锂电池比氧化锂钴电池更可靠,也更安全,而且这种新型锂电池中含有锰和镍,这些材料比钴材料要便宜许多。科学家已经发现锂镍锰氧化物能够储存大量的能量,但是这种材料充电过于耗费时间,不适宜商业化的应用。麻省理工学院的研究人员对这种材料的结构进行了改造,从而使其具备了快速充放电的能力。锂镍锰氧化物是由镍元素和锰元素的金属层被氧元素从锂元素层面上分离构成的,这种化合物关键的问题在于它的结晶结构过于“混乱”,也就是说,镍元素和锂元素互相吸引,妨碍了锂离子的流动,这使材料的充电速度下降。锂离子携带着电池的电荷,因此只要在电池充放电时加快锂离子流动的速度就能达到快速充放电的目的。研究人员据此合成了一种非常规则结晶结构的材料,从而使锂离子能够在金属层之间自由地流动。
研究人员表示,这种新材料制成的电池充电或放电的时间大约只要10分钟,比没有改造的锂镍锰氧化物材料的充放电速度提高了约10倍,这样充放电速度更加接近于混合动力汽车所需电池的要求。在这种材料在没有进行商业化生产之前,研究人员还需对这种材料制造过程进行改进,以期能够降低其制造成本。这种新型的锂电池还能用于电动自行车和可恢复能源的备用来源。
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研诺逻辑科技(AATI)日前宣布面向单节聚合物锂电池作动力的便携系统,推出两款新的DC/DC转换器。据介绍,为极快速瞬时反应而优化的AAT1146和AAT2512降压转换器适用于GSM电话应用。
研诺逻辑应用工程部门高级经理DavidBrown表示:“支持GSM电话基带芯片组的电源必须能够在瞬间从几毫安跳至全负载。因此,极快的瞬时反应至关重要。”AAT1146降压转换器支持2.7V至5.5V范围内的输入电压,输出的最低电压为0.6V。该设备提供的最大负载电流为400mA,并可以维持只有27uA的空载静态电流。
AAT2512则为双通道同步降压转换器,在范围同样为2.7V至5.5V之间的输入电压上运行。每个调节器都可独立输入,并可使用针脚。每个通道提供400mA的负载电流。该设备在轻负载的情况下支持27uA的静态电流。
这两款器件以固定或可设计的版本推出,最高功率达98%。这两种设备采用高达1.4MHz的典型转换频率,在最大程度上缩小了外部组件的尺寸,并保持了较低的转换损耗。他们具备内部软启动功能,能够消除输出电压过冲和集成过热及电流限制保护。这两个设备还增加了100%的负载循环低压差运行。
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AAT1146和AAT2512的额定温度范围为-40℃至+85℃。其中,AAT1146以无铅、2.0×2.1mm SC70JW-8紧凑封装推出,单价为0.87美元(每1,000件批量)。AAT2512以无铅、TDFN33-12封装推出,单价为1.64美元(每1,000件批量)。
锂是一种金属元素,其化学符号为Li(其英文名为lithium),是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属,在金属中是最轻的。它除了应用于原子能工业外,可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池中它用作电池的阳极。
锂电池也分成两大类:不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池,它只能将化学能一次性地转化为电能,不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来,在使用时,再将化学能转换成电能,它是可逆的,如电能化学能锂电池的主要特点。
灵巧型便携式电子产品要求尺寸孝重量轻,但电池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是最大的及最重的。例如,想当年的“大哥大”是相当“粗大、笨重”,而今天的手机是如此的轻巧。其中电池的改进是起了重要作用的:过去是镍镉电池,现在是锂离子电池。
锂电池的最大特点是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位,W是瓦、h 是小时;kg是千克(重量单位),L是升(体积单位)。这里举一个例来说明:5号镍镉电池的额定电压为1?2V,其容量为800mAh,则其能量为 0?96Wh(1?2V×0?8Ah)。同样尺寸的5号锂-二氧化锰电池的额定电压为3V,其容量为1200mAh,则其能量为3?6Wh。这两种电池的体积是相同的,则锂-二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的375倍!
一节5号镍镉电池约重23g,而一节5号锂-二氧化锰电池约重18g。一节锂-二氧化锰电池为3V,而两节镍镉电池才2?4V。所以采用锂电池时电池数量少(使便携式电子产品体积减孝重量减轻),并且电池的工作寿命长。
另外,锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。
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锂电池的缺点是价格昂贵,所以目前尚不能普遍应用,主要应用于掌上计算机、PDA、通信设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等。随着技术的发展、工艺的改进及生产量的增加,锂电池的价格将会不断地下降,应用上也会更普遍。
不可充电的锂电池
不可充电的锂电池有多种,目前常用的有锂-二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池。本文仅介绍前两种最常用的。
1、锂-二氧化锰电池(Li?MnO2)
锂-二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极,并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高,额定电压为3V(是一般碱性电池的2 倍);终止放电电压为2V;比能量大(见上面举的例子);放电电压稳定可靠;有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤2%);工作温度范围-20℃~+60℃。
该电池可以做成不同的外形以满足不同要求,它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。圆柱形的也有不同的直径及高度尺寸。这里列举大家较熟悉的1#(尺寸代码D)、2#(尺寸代码C)及5#(尺寸代码AA)电池的主要参数。
CR表示为圆柱形锂-二氧化锰电池;五位数字中,前两位表示电池的直径,后三位表示带一位小数的高度。例如,CR14505,其直径为14mm,高度为50?5mm(这种型号是通用的)。
这里要指出的是不同工厂生产的同型号的电池其参数可能有些差别。另外,标准放电电流值是较小的,实际放电电流可以大于标准放电电流,并且连续放电及脉冲放电的允许放电电流也不同,由电池厂提供有关数据。例如,力兴电源公司生产的CR14505给出最大连续放电电流为1000mA,最大脉冲放电电流可达 2500mA。
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照相机中用的锂电池多半是锂-二氧化锰电池。这里将照相机中常用的锂-二氧化锰电池列入表2,供参考。
纽扣式(扣式)电池尺寸较小,其直径为12?5~24?5mm,高度为1?6~5?0mm。几种较常用的扣式电池如表3所示。
CR为圆柱形锂-二氧化锰电池,后四位数字中前两位为电池的直径尺寸,后两位为带小数点的高度尺寸。例如,CR1220的直径为12?5mm(不包括小数点后的数),其高度为2?0mm。这种型号表示方法是国际通用的。
这种扣式电池常用于时钟、计算器、电子记事本、照相机、助听器、电子游戏机、IC卡、备用电源等。
2、锂-亚硫酰氯电池(Li?SOCl2)
锂-亚硫酰氯电池是比能量最高的一种,目前可达到500Wh/kg或1000Wh/L的水平。它的额定电压是3?6V,以中等电流放电时具有极其平坦的 3?4V放电特性(可在90%容量范围内平坦地放电,保持不大的变化)。电池可以在-40℃~+85℃范围内工作,但在-40℃时的容量约为常温容量的 50%。自放电率低(年自放电率≤1%)、储存寿命长达10年以上。
以1#(尺寸代码D)镍镉电池与1#锂-亚硫酰氯电池的比能量作一个比较:1#镍镉电池的额定电压为1?2V,容量为5000mAh;1#锂-亚硫酰氯的额定电压为3?6V,容量为10000mAh,则后者的比能量比前者大6倍!
应用注意事项
上述两种锂电池是一次性电池,不可充电(充电时有危险!);电池正负极之间不可短路;不可以过大电流放电(超过最大放电电流放电);电池使用至终止放电电压时,应从电子产品中及时取出;用完的电池不可挤压、焚烧及拆卸;不可超过规定温度范围使用。
由于锂电池的电压高于普通电池或镍镉电池,使用时不要搞错以免损坏电路。通过熟悉型号中的CR、ER就可以知道它的种类及额定电压。在购买新电池时,一定要按原来的型号来买,否则会影响电子产品性能。
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