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时间:2021年01月26日 来源:

炭黑在干电池中的应用


干电池主要指用得多的锌-二氧化锰电池,简称锌锰电池。锌锰电池是1868年法国人勒克朗谢发明的,1888年加斯纳开始使锌锰电池的液体组分不流动化而制得了干电池,1925年开始在二氧化锰合剂中使用乙炔炭黑,使干电池的放电和贮存性能提高60年代出现了以氢氧化钾(或氢氧化钠)为电解质的碱性锌锰电池。近二三十年来,镍镉电池、锂电池等新型电池的开发应用,虽然在能量密度、贮存性能、电压精度以及可充电性等方面优于锌锰电池,但在价格性能比方面仍不如锌锰电池,故锌锰电池在市场上仍占主导地位。

干电池用炭黑包括乙炔炭黑、重油造气副产炭黑及油炉法炭黑等。

乙快炭黑因其良好的导电性、高吸液性和高纯净度,在干电池应用中占主导地位;重油造气副产炭黑的导电性、吸液性好,但高纯净度的产品价格高昂因此用得不多;油炉法炭黑价格便宜,但吸液性、导电性较差,故用得也不多。


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国家重点研发计划协同“中试线”结硕果


科技日报北京10月29日电 (记者马爱平)29日,记者从全球能源互联网研究院获悉,基于国家重点研发计划“柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用”该院自主研制的4500V/3000A压接型IGBT(绝缘栅双极型晶体管)器件在国家电高压直流实验基地通过换流阀对拖试验,并按照张北工程应用工况连续稳定运行24小时。

全球能源互联网研究院功率半导体研究所所长吴军民介绍,虽然我国柔性直流输电装备技术已达到水平,但电力电子器件IGBT依旧被跨国公司垄断,价格居高不下,严重制约我国柔性直流输电装备及其相关技术的发展,亟须定制化研究超大功率IGBT器件。为此,该院在于2019年建成投运国内首条6英寸电力系统用大功率电力电子器件中试线,并依托该中试线,基于国家重点研发计划等国家项目,开展电力系统用高压大功率电力电子器件研究。



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锂电池的充电电路



在了解完锂电池的基本电路特性后,工程师在开发带有锂电池供电的项目时,就会面临锂电池的充电电路问题。



锂电池的电压为3.0V ~ 4.2V之间变化,也就是锂电池的电压为4.2V,小电压为3.0V。电压与小电压,对于锂电池而言,隐藏着什么电路含义呢?


单节锂电池



电压是4.2V,也就是锂电池两端能承受的极限电压不超过4.2V;小电压为3.0V,也就是锂电池两端的极限放电电压不低于3.0V;



换言之,它的另外一层电路意义是



锂电池在接收外界的充电电路充电,它的充电电压不能高于4.2V;锂电池在向外界负载提供工作电源,它消耗的电压会停留在3.0V;



基于此,如果工程师将常用的5V/1A或者5V/2A规格的充电器,对锂电池进行直接充电,这样是否可以呢?


充电器



显然是不行的。为什么呢?



因为无论是5V/1A或者5V/2A规格的充电器,对外输出的充电电压均为5V,超过了锂电池的承受电压4.2V。



针对这两个电压不匹配兼容的问题,该如何去解决呢?在不改变充电器5V/1A和5V/2A规格的条件下,工程师应当如何去实现呢?




二氧化锰正极在干电池中通称电芯或碳包,它是由二氧化锰、乙快炭黑、固体氯化铵和电解液混合而成。二氧化锰是正极中参与电化学反应的成分,但它的导电性差,故加入石墨和乙快炭黑等导电组分导电组分并不参加成流反应。石墨和乙炔炭黑皆有导电性,而乙块幾黑还有颗粒细,非常疏松,表观密度小的特点,其比表面积和吸湿能力大。加入石墨和乙快炭黑能使电芯中二氧化锰颗粒之间有良好的电子通道,在孔隙中电解液的扩散也比较畅通,从而提高二氧化锰的利用率。一般电芯粉料中二氧化锰含量在80%~89%之间,乙炔炭黑含量一般为10%以上,此外,还加上一定量的一般为干粉量的

17~19%的固体氯化铵以补充成流反应消耗的氯化铵,保持电解液组成恒定。并加入少量氯化锌,以稳定电芯中的水分,并对电芯的pH值起缓冲作用。加水使电芯水分为17%~18%。水是电芯粉料的粘合剂,并保证电芯微孔有良好的导电能力。但在碱性锌锰电池中,正极的粉料是压成圆环状紧贴于筒体内壁通常用片状石为导电材料以缩小体积池容量。增大二氧化锰用量,提高电池容量。 加热电动立式对辊机实验设备,主要适合于实验室内电池材料。

为使锌锰电池中液体组分不流动和降低电池的内阻,曾经用过许多不同的材料,如氧化锌、熟石膏、淀粉、木炭粉、焦炭粉、天然石墨细粉和乙炔炭黑,是以乙炔炭黑为适宜的材料。其原因是:乙炊炭黑结构高,能使电芯合剂成为多孔性的并能多量吸附电解液;乙炭黑导电性好,能降低电池的内阻;乙炔炭黑纯度高,质量均一,能除电池因杂质引起的有害副反应。与使用石墨粉对比,使用乙快炭黑可以增大二氧化锰和电解液的用量,从而提高电池的放电性能和使用寿命。现将国外用于干电池的8种炭黑和2种橡胶用炭黑性能对比

表中数据采用的试验方法:水分、灰分、pH值、盐酸吸液量、粗粒分、电阻率、表观密度等项目均按日本工业标准JlSK1469; 武汉格瑞斯新能源有限公司,武汉电池性能测试设备品牌供应商。荆州锂电池实验线哪家好

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