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西門子 6ES7 217-1AG40-0XB0 電池
張黔豫 180 6446 5927
西門子 6ES7 217-1AG40-0XB0 電池
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西門子 6ES7 217-1AG40-0XB0 電池
電池(Battery)指盛有電解質溶液和金屬電極以產生電流的杯、槽或其他容器或復合容器的部分空間，能將化學能轉化成電能的裝置。具有正極、負極之分。隨著科技的進步，電池泛指能產生電能的小型裝置。如太陽能電池。電池的性能參數主要有電動勢、容量、比能量和電阻。利用電池作為能量來源，可以得到具有穩定電壓，穩定電流，長時間穩定供電，受外界影響很小的電流，并且電池結構簡單，攜帶方便，充放電操作簡便易行，不受外界氣候和溫度的影響，性能穩定可靠，在現代社會生活中的各個方面發揮有很大作用。
電池的性能參數主要有電動勢、容量、比能量和電阻。電動勢等于單位正電荷由負極通過電池內部移到正極時，電池非靜電力（化學力）所做的功。電動勢取決于電極材料的化學性質，與電池的大小無關。電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時作單位。在電池反應中，1千克反應物質所產生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實際比能量要比理論比能量小。因為電池中的反應物并不全按電池反應進行，同時電池內阻也要引起電動勢降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。電池的面積越大，其內阻越小。電池的能量儲存有限，電池所能輸出的總電荷量叫做它的容量，通常用安培小時作單位，它也是電池的一個重要參數。原電池制成后即可以產生電流，但在放電完畢即被廢。
在化學電池中，化學能直接轉變為電能是靠電池內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果，這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質由電位較負并在電解質中穩定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質由電位較正并在電解質中穩定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質則是具有良好離子導電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶液，有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質等。當外電路斷開時，兩極之間雖然有電位差(開路電壓)，但沒有電流，存儲在電池中的化學能并不轉換為電能。當外電路閉合時，在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內部，由于電解質中不存在自由電子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質界面的氧化或還原反應，以及反應物和反應產物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此，電池內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時，電池內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反；電極反應必須是可逆的，才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此，電極反應可逆是構成蓄電池的必要條件。G為吉布斯反應自由能增量(焦)；F為法拉第常數=96500庫=26.8安·小時；n為電池反應的當量數。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關系式，也是計算電池能量轉換效率的基本熱力學方程式。實際上，當電流流過電極時，電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢，這種現象稱為極化。電流密度（單位電極面積上通過的電流）越大，極化越嚴重。極化現象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三：①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化；②由電極－電解質界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化；③由電極－電解質界面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。
在設計規定的條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下，電池應能放出的容量，單位為安培小時，以符號C表示。容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯數字標明放電率，如C20=50，表明在20時率下的容量為50安·小時。電池的理論容量可根據電池反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由于電池中可能發生的副反應以及設計時的特殊需要，電池的實際容量往往低于理論容量。
電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實際工作電壓隨不同使用條件而異。電池的開路電壓等于正、負電極的平衡電極電勢之差。它只與電極活性物質的種類有關，而與活性物質的數量無關。電池電壓本質上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動，這種現象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率范圍很寬，故可與電路中自激噪聲相區別。
電池在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池在斷路時（即沒有電流通過兩極時）電池的正極電極電勢與負極的電極電勢之差。電池的開路電壓用V開表示，即V開=Ф+-Ф-，其中Ф+、Ф-分別為電池的正負極電極電位。電池的開路電壓，一般均小于它的電動勢。這是因為電池的兩極在電解液溶液中所建立的電極電位，通常并非平衡電極電位，而是穩定電極電位。一般可近似認為電池的開路電壓就是電池的電動勢。
電池的內阻是指電流通過電池內部時受到的阻力。它包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。由于內阻的存在，電池的工作電壓總是小于電池的電動勢或開路電壓。電池的內阻不是常數，在充放電過程中隨時間不斷變化（逐漸變大），這是因為活性物質的組成，電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內阻遵守歐姆定律，極化內阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關系。常隨電流密度增大而增加。內阻是決定電池性能的一個重要指標，它直接影響電池的工作電壓，工作電流，輸出的能量和功率，對于電池來說，其內阻越小越好。
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