地址
广东省深圳市龙岗区平湖街道上木古社区新河路77号5楼
工作时间
周一到周五 9:00-18:00 (+86)755-25507076
手机电池技术:为何锂离子电池会着火
作者编写了美国IT网站PCWorld的文章,详细论述了移动设备中锂离子电池的原理、缺陷以及未来的发展趋势。
化学原理
移动设备中使用的电池是化学工程的产物:在一个小立方体中储存大量的能量可以让设备运行数小时。它是如何工作的?你怎么样才能最大限度地利用它呢?
大多数现代移动设备使用锂离子电池,它重要由两部分组成:一对电极和它们之间的电解质。有很多种电极信息,包括锂、石墨,甚至纳米线,但由于锂的化学成分,它们都不是例外。它是一种活性金属,因此很容易与其它元素合成。纯锂非常活跃,可以在空气中自燃,所以大多数电池使用钴酸锂,这更安全。
在两个电极之间是一种电解质,通常是一种电子可以移动的液体有机溶剂。当锂离子电池充电时,锂钴氧化物分子捕获电子,在电池寿命期间释放它们,然后支持手机。
锂是最常见的电池类型,因为它可以在最小的空间存储最多的能量。这一需求是以能量密度来衡量的,即每千克电池所储存的能量,单位是瓦特小时(wh)。锂离子电池的能量密度通常为每千克150到250瓦时,而镍氢电池的能量密度仅为每千克100瓦时。换句话说,锂离子电池比其他类型的电池更小、更轻,因此它们可以压缩设备的体积,但仍能保持较长的电池寿命。
这个化学过程可以概括为:设备中的电池可以储存能量,然后内部的化学物质可以以任何可能的方式释放能量。但它也带来了一些问题,比如最新的波音787梦想飞机(Boeing787dreamliner)的电池在停靠时着火。
这是锂离子电池的缺点之一:假如放电过多,电池内部的化学物质就会分解,出现过多的锂氧化物,进而燃烧,出现更多的锂氧化物,等等。化学家称之为热逃逸,普通人看到的是火。这就是为何波音787被联邦航空局停飞的原因。由于当电池被刺穿时也会发生同样的事情,美国运输安全管理局(TSA)建议航空公司的乘客将电池小心地存放在随身行李中,而不是托运。
电池容量
电池容量的单位是毫安时(mAh),表示电池能供应的总功率。例如,假如一个电池的容量是1000毫安,它可以持续供应1000毫安的电流1小时。假如你的设备运行在500毫安时,电池可以维持大约两个小时。
然而,设备的电池寿命一直都比较混乱,因为特定设备消耗的电量取决于它执行的任务。假如设备的屏幕是开着的,无线传输是开着的,处理器是全速运行的,那么与屏幕是关着的,无线传输是关着的,处理器是空闲的情况相比,它会消耗更多的能量。
这就是为何消费者应该对电池续航时间更加谨慎的原因,他们可以通过降低屏幕亮度或关闭某些组件来延长电池续航时间。假如你好奇,可以使用一些专门的应用程序来监测移动设备的功耗和电池状态,包括Android上的电池监测小部件和iOS上的BaterryLifePro。
控制电流
严格控制锂离子电池是必要的,因为它有着火的可能性。电池制造商通过充电控制器处理电流,然后完成意图。事实上,每个电池都内置了一台小型电脑,以防止电池放电过多。该模块还控制充电时进入电池的电流,在电池快溢出时减慢电流,防止充电过度。
为了展示这一过程,我们给三星GalaxyNote充电,测量了整个过程中的电流,并将其与相应的功率比进行了比较。从上图可以看出,充电开始时电流最大,然后逐渐减小。在一天结束的时候,部分充电会有很长的充电时间,因为控制器会减慢电流以防止电池过度充电。
未来发展
电池技术一直在提高,世界各地的许多实验室都在开发新的电池技术,以取代锂离子电池或开发更先进的电池。