充电电池、充电和放电循环是如何工作的

电池以化学能的形式储存电能，而化学能又能转化为电能。化学能转化为电能的过程称为放电。放电过程中的化学反应使电子流过连接在终端的外部负载，从而导致电子流向相反方向的电流。
有些电池可以通过施加反向电流将这些电子返回到同一个电子，这个过程称为充电。能够在同一电极上回收电子的电池称为可充电电池，如果它们不能这样做，则称为不可充电电池。
在电池中，发生还原的电极叫做阴极，发生氧化的电极叫做阳极。

市面上常用的充电池有三种。

1. 铅酸蓄电池
2. 镉镍电池
3. 镍氢电池
4. 锂离子电池

铅酸蓄电池

首先，铅酸蓄电池是在1859年由法国物理学家 Gaston Plante 发明的。这是一个负极(阳极)是由海绵或多孔铅。正极(阴极)由氧化铅组成。阳极和阴极电极都浸没在硫酸和水(稀硫酸)的电解液中。

铅酸蓄电池的放电

Pb + HSO4-ーーーー > PbSO4 + h + 2e- 在负电极上的反应
PbO2 + HSO4-+ 3H + + 2e-ーーーー > PbSO4 + 2H2O 正电极上的反应
总反应 Pb + PbO2 + 2h2so4ーーーー > 2PbSO4 + 2H2O

铅酸蓄电池的放电引起正极(阴极)和负极(阳极)上硫酸铅(PbSO4)晶体的形成，并由于铅的价电荷的变化而释放出电子。这种形成硫酸铅的方法是利用硫酸形成硫酸盐，硫酸是电池中的电解液。这使得硫酸在充分放电时浓度较低，两个电极都被硫酸铅和水覆盖，电极周围没有硫酸。在全放电时，电极被同一种材料完全覆盖，材料是硫酸铅，因此两个电极之间没有化学电位或电压。在实践中，早在这个点之前，就有一个截止电压来停止放电。
让我们来看看放电率，铅酸蓄电池通常指定在8,10，或20小时的比率是 c/8，c/10，c/20。如果你发现电池12v 200Ah/10h 或 c/10。
c/10 = 200 Ah/10 h = 20A
该 c/10米电压切断后的特定时间，这里10小时为 c/10。

铅酸蓄电池的充电

充电开始时，充电器是连接在正面和负面终端。铅酸蓄电池在负极将硫酸铅(PbSO4)转化为铅(Pb) ，在正极将硫酸铅(PbSO4)转化为氧化铅。化学反应在放电过程中发生逆转

铅酸蓄电池的充电

PbSO4 + 2H2O 正电极上的反应ーーーーー > PbO2 + HSO4-+ 3H + + 2e-
PbSO4 + h + + 2e-ーーーーー > Pb + HSO4- 在负电极上的反应
全反应2pbso4 + 2H2O ーーーーー > Pb + PbO2 + 2H2SO4
充电电流从电解液中电解水，氢气和氧气都会产生这种过程，称为电池的“气体”。这种气体排放引起了电池的几个问题。由于产生的氢具有爆炸性质，这是不安全的。这也减少了电池中的水，可以手动更换，但它增加了一个维护因素。气体排放可能导致电解液中活性物质的遮蔽，从而永久性地降低电池容量，这就是为什么电池不应该定期充电超过导致气体排放的电压。放气电压可以随充电速率而改变
铅酸蓄电池的充电方法有多种。但是我们应该采用最好的方法来减少放气的机会，以获得最大的电池使用寿命和容量。下面给出的方法列表。

1. 恒压:-作为一个名称，这种方法将提供恒定的电压，直到电池的电流为零。这需要很长时间
2. 恒流:-作为一个名称，这种方法将提供恒定的电流，直到电压达到其规定的放气电压。这也需要很长的时间。
3. 多级恒流充电电流:-在这种方法中，充电电流在电压达到放气电压时保持恒定，然后电流开始逐步降低，以保持电压低于放气电压。这个充电器制造起来很复杂。
4. 改进的恒压恒流:-在这种方法电池充电三个阶段。第一阶段是恒流阶段，在这个电流施加到电池直到电压达到其规定的放气电压。在第二阶段，电压保持不变，直到电流减小到0.1 c20左右(也称为 C20/10)。电压是将降低到浮动电压(一般为2.25 v 到2.27 v) ，以保持电池充电。
   充电电流和充气电压可以在电池的标签上找到，正如你可以在图中看到有两种模式可以选择充电电压和电流，这是待机使用和循环使用。循环使用是指需要快速充放电的电池的使用。待机使用是指电池已经充电并在需要时使用。0.1 c 意味着0.1乘以电池的总容量。如果你有一个40ah 电池，那么0.1 c 就是0.1 x 40 = 4 a。0.25 c = 0.25 x 40 = 10A.
   

铅酸蓄电池使用说明
铅酸蓄电池的寿命周期
铅酸蓄电池的寿命周期取决于多种因素。一般来说，浅循环电池的充放电周期约为200ー300次，但这个数字可以增加也可以减少。这种电池的寿命周期取决于三个因素: 放电深度、正确的充电周期和温度。深循环电池可以维持1000左右的生命周期，但什么是黄色循环和深循环？，你可以在下面找到它。

深度

放电深度(DOD)意味着电池的放电量。让我们假设你有一个100ah 电池，你已经放电20分钟，50A，所以放电深度给出如下
以小时计算的隐蔽时间 = 20/60
计算排放时间 = 50x20/60 = 16.7 a
排放深度 = (排放量/容量) x100 = (16.7/100) x100 = 16.7%
按照电池按按需要分为两类，即按需要具备50% 以上按需能力的电池, 深循环电池,
深循环电池即使放电深度超过50% 也能保持1000左右的寿命周期，而浅循环电池则可以很好地保持其寿命周期，如下图所示。

浅循环蓄电池容量、放电深度与循环寿命的关系
充电: 如果充电不正确，则会导致过充或充电不足，这也会降低电池的容量。

温度: 温度还影响电池的寿命周期，电池的容量在低温运行时降低，高温运行增加了电池的老化速度。

镉镍电池

首先，镉镍电池是在1899年由沃尔德玛 · 容格纳发明的。它的正极(阴极)由碱式氧化镍(NiO (OH))和负极(阳极)由金属镉(Cd)制成。所用的电解质是在蒸馏水中加入30% 的氢氧化钾。电解液的水平保持在电极上方。在充电和放电过程中，电解液没有明显的变化。

镉镍电池的放电

这种电池的放电/充电周期约为2000次。
其标称电压为1.2伏每个电池，其充电电压为1.55伏，当电压下降到1.1伏时完全放电，可通过串联电池增加电压。电池的容量由制造商决定，一般 AA 电池的容量接近1000mah。
镉镍电池的放电
当负载连接到终端时，电池开始放电。氢氧化钾(KOH)中的氢氧化钾分解成钾离子和羟基离子。羟基(OH -)离子走向负电极。负电极释放电子，正电极通过外部连接接收电子。这导致电流通过负载从正极流向负极。
Cd + 2OH ーーーー > Cd (OH)2 + 2e-在负电极上的反应
NiO (OH) + H2O + 2e-ーーーーー > Ni (OH)2 + OH-正电极上的反应
全反应 Cd + 2NiO (OH) + 2H2O ーーーー > 2Ni (OH)2 + Cd (OH)2
放电速率随电池的大小而变化，普通的 AA 电池可以提供大约1.8安培的电流，d 大小的电池可以提供大约3.5安培的电流。
镉镍电池的充电
在充电时，充电器在终端连接。反应由放电反向进行。正极将氢氧化镍转化为氢氧化镍并释放电子。负电子从外部连接处获得电子，并将 Cd (OH)2转化为 Cd。

镉镍电池的充电
Ni (OH)2 + OH-ーーーーー > NiO (OH) + H2O + 2e-正电极上的反应
Cd (OH)2 + 2e-ーーーー > Cd + 2OH 负电极上的反应
总反应2ni (OH)2 + Cd (OH)2ーーー > Cd + 2NiO (OH) + 2H2O
在充电周期结束时，电池会放出气体，当电池充电过量时也会发生这种情况。从这种气体，水在电解质将分解成氢在负电极和氧在正电极。这种气体析出取决于电池充电所用的电压和温度。镉镍蓄电池要充满电，必须进行微量析气，从而利用电解液浓度中的一部分水。
镉镍电池有两种充电方式: 慢速充电和快速充电。

1. 慢速充电:-慢速充电电流约为0.1 c，充满电后不会损坏电池。这种方法也用于克服镍镉电池的自放电现象。
2. 快速充电:-在快速充电时，电池以约1摄氏度的恒定电流充电。是电池的容量，如果你用的是4ah 电池，那么1c 意味着1 x 4 = 4A。一旦它完全充电，可以通过下面给出的电荷检测算法检测到。电流将降低到0.1摄氏度，并采用滴流充电。滴流充电是指以与电池自放电相同的速率充电。这将保持电池在充满电状态。
   全电荷检测算法可以使用两个因素负增量 v 或温度。
   如果使用温度检测算法，那么快速充电时温度为45度，慢速充电时为50度。
   在负增量 v 检测算法中，充满电后电压下降。这种液滴的检测可以用来检测全电荷状态。这种方法叫做负增量 v。这种方法提供了精确的全电荷检测。
   镍氢电池
   首先，1967年巴特尔-日内瓦研究中心发明了镍氢电池。2005年，三洋推出了 Eneloop 品牌。在这种电池中，正极(阴极)由碱式氧化镍和负极(金属氢化物)制成。所用的电解液是用蒸馏水浓缩的氢氧化钾。
   

镍氢电池
这种电池的放电/充电周期约为180-2000次。这取决于各种因素，你如何充电或放电的电池。
这种电池几乎与镉镍电池相似。镍氢电池的标称电压为1.2 v，用于单个电池。但在充满电时，电压为1.5 v，充满放电电压为1.0 v。这种电池的电流容量随其大小而变化，一节 AA 电池的容量可以接近2000mah。
镍氢电池的放电
当负荷连接到终端时，开始发生放电反应。金属氢化物(MH)与 OH 离子反应生成 m 和水，也释放出一个电子。电子被 NiO (OH)通过外加载荷带走。这导致电流通过负载。

镍氢电池的充电
MH + OH-ーーーーーーー > m + H2O + e-中的反应
NiO (OH) + H2O + e-ーーーーー > Ni (OH)2 + OH-正电极上的反应
总反应 NiO (OH) + MH ーーー > Ni (OH)2 + m
正常情况下，镍氢电池的放电速率为3c (其中 c 是电池的容量，但高品质的电池可以放电高达15c 的速率。
镍氢电池的充电
在充电时，充电器连接在电池的末端，充电反应与放电反应相反。正极将氢氧化镍转化为水，并释放出一个电子。这个电子被负电极从外部导线和它从 MH 再次。

镍氢电池的充电
Ni (OH)2 + OH-ーーーー > NiO (OH) + H2O + e-正电极上的反应
负极 m + H2O + e-ーーーーー > MH + OH-的反应
总反应 Ni (OH)2 + m ーーーー > NiO (OH) + MH
镍氢电池充电化学利用恒流和恒压算法，可分为四个部分给出如下。

1. 充电:-当电池深度放电时，每个电池的电压低于0.9 v。用来给电池充电的最大恒定电流为0.1摄氏度，这种电流称为滴流充电。
2. 恒流:-当每个电池的电压高于0.9 v 时，在0.2 c 到1c 范围内施加恒流来进行恒流充电。
3. 充电终端:-充满电的电池可以检测到一个完整的充电检测算法，这是解释如下。充满电后，涓流充电按照自放电的速度使用，以保持电池充满电。
   全电荷检测算法可以使用两个因素负增量 v 或温度。
   如果该算法利用温度来检测，那么温度将在45度到50度之间检测到充满电。
   在负增量 v 检测算法中，充满电后电压下降。这种液滴的检测可以用来检测全电荷状态。这种方法称为负增量 v。这种方法提供了精确的全电荷检测。

锂离子电池

首先，吉野彰在1985年开发了一个锂离子电池。正极(阴极)由锂钴氧化物制成，负极(阳极)由石墨制成。锂盐作为一种有机溶剂被用作电解质。分离器用来分离电极

锂离子电池
这种电池的放电/充电周期约为400-1200次循环。这取决于各种因素，你如何充电或放电的电池。
锂离子电池的额定电压为3.60 v。当电池完全充电时，电压约为4.2 v，当电池完全放电时，电压约为3.0 v。锂离子电池有不同的尺寸和形状，其容量也可根据需要提供。
锂离子电池的放电
在电池放电时，负载连接到终端电池。锂离子从负电极中释放出来，进入电解液中。这种锂离子被正电极吸收。负电极也释放穿过外部导线到正电极的电子。这给我们的电路提供了电流。

锂离子电池的放电
(锂离子电池放电)
Lic6ーーーーー > C6 + Li + e-在负极上的反应
Coo_2 + Li + e-ーーーー > licoo_2正电极上的反应
全反应 LiC6 + coo_2ーーーーー > C6 + LiCoO2
锂离子电池可以以10c 的速率放电(其中 c 是电池的容量)。如果你的电池可以提供1000mah，那么放电速率将是10x1000 = 10000mAh。
锂离子电池的充电
锂离子电池充电时，电池与充电器连接。正电极损失一个带负电荷的电子。为了维持负电极上的电荷平衡，等量的正电离子溶解到电解质溶液中。这些锂离子移动到正极，在那里它们被石墨吸收。这种吸收反应也将电子沉积到石墨阳极上，以“束缚”锂离子。

锂离子电池的充电

Licoo2ーーーーーー > coo_2 + Li + e-正电极上的反应
C6 + Li + + e-ーーーー > lic6负电极上的反应
全反应 C6 + licoo2ーーーー > LiC6 + CoO2
锂离子电池充电化学使用恒流和恒压算法，可分为四个部分。
充电:-当电池深度放电时，每个电池的电量低于3.0 v。用来给电池充电的最大恒定电流为0.1摄氏度，这种电流称为滴流充电。
恒流:-当电压高于每个电池3.0 v 时，在0.2 c 到1c 范围内施加恒流进行恒流充电。
恒压:-当电压达到每个电池4.2 v 的恒流充电。恒定的电压直到电池的电流降为零，这最大限度地提高了电池的性能。
充电终止:-充电结束检测算法，检测当前范围下降到0.02 c 到0.07 c 或使用计时器方法。它检测当一个恒定电压阶段启动它终止充电器后2小时的恒定电压阶段。

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