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熱電池
本詞條是多義詞，共2個義項
用于導(dǎo)彈、火箭等供電的電池
簡介
熱電池是一種高溫能源，工作溫度350℃550℃。電池除具有陰陽兩極外，兩極常由離子導(dǎo)電的熔融電解質(zhì)隔開，電解質(zhì)中加入細(xì)小的金屬氧化物或陶瓷粉末作粘結(jié)劑，如MgO、SiO2、BN，它們起著固定電解質(zhì)的作用，電解質(zhì)層的變形流動特性受溫度、壓力、成分及粘結(jié)劑含量等因素的影響。電解質(zhì)熔化前，電池是情性的，可長時間貯存，一但點火激活，既可大功率放電，工作電流達(dá)每平方厘米數(shù)安培，持續(xù)數(shù)秒鐘，也可小功率長時間放電，持續(xù)1h或更長時間。熱電池利用一些原子量小、化學(xué)性質(zhì)活浚，電極電勢很負(fù)的破金屬或堿土金屬作陽極材料(如鋰、鈉、鈣、等)，具有很高的比功率和比能量，因此，熱電池作為軍用電源是十分理想的。
技術(shù)發(fā)展過程
美國國家實驗室研制出壽命約5min的熱電池，并應(yīng)用到核武器上電池制作采用“杯一蓋”型工藝，每個單電池被封在一個金屬杯內(nèi)，相互間由金屬帶連接，兩極被浸演了電解質(zhì)的玻璃纖維布隔開，激活熱源是所謂的“熱紙”-鋯和BaCrO4的混合粉末摻雜陶瓷纖維后加工成薄片。這種材料的穩(wěn)定性差，對靜電和震動相當(dāng)敏感。60年代初期，片型工藝的出現(xiàn)極大地推動了熱電池的開發(fā)與應(yīng)用，電池各部件均是片狀，其中電解質(zhì)由高嶺土固定后改用焙燒后的SiO2，片狀熱源主要由鐵粉和KCLO4組成，較“熱紙”安全穩(wěn)定，點火后只產(chǎn)生極少的氣體，并可通過調(diào)整鐵與KCLO4的比例來控制熱電池的工作溫度。片型工藝的出現(xiàn)及高效隔熱材料的應(yīng)用，使熱電池的比功率和比能量得到了很大的提高，特別是大大地延長了電池的使用壽命。
現(xiàn)狀及展望
熱電池屬貯備型高溫熔融鹽一次電池，主要用于導(dǎo)彈、火箭以及應(yīng)急電子儀器供電 ,隨著這種電池技術(shù)的發(fā)展，非軍事裝備也有可能應(yīng)用。早期熱電池正極材料為 WO3 、V2O5 、Pb2SO4 等，負(fù)極材料為 Ca、Mg ,1960年代發(fā)展起來的 Ca2CaCrO4系列較現(xiàn)代熱電Li(M)2FeS2 來說比能量、比功率都很低，且存在副化學(xué)反應(yīng)，放出熱量引起失控。現(xiàn)代熱電池起源受益于高溫電池研究的發(fā)展。1968 年美阿貢實驗室開展了 Li2S 高溫?zé)犭姵匮芯?，Li2S 電化學(xué)體系開路電壓 2.23 V，理論比能量 2602 Wh/ kg ，由于 Li、S 兩種活性物質(zhì)在工作狀態(tài)下為熔融液態(tài)，不易貯存、控制 ,此系列被迫于1970年代早期放棄。1973年固態(tài)(α-β)LiAl 和金屬硫化物電極取代了 Li、S電極，金屬硫化物有 Cu、Fe、Ni、Cr 和 Co，選擇鐵的硫化物是因為同其它金屬硫化物比較具有較高的比能量且價格較低。為了得到較高的輸出電壓和容量，1980 年代中期用 FeS2 代替FeS，同時 LiSi 合金也開始用做熱電池負(fù)極。近年來熱電池發(fā)展很快，針對性能不同的熱電池需要開發(fā)出新型負(fù)極鋰合金活性材料 LiSiMg 合金和 LiB 合金，新型正極活性材料LVO等。
比較
理論上 FeS2 電位中等，影響電池比特性，且熱穩(wěn)定性差，450 ℃嚴(yán)重失重，所以熱電池用正極材料的改進(jìn)是必要的。鉻類化合物中 Cr2O3 電位較低，CrO3 、Cr2O5 、CrO2 缺少熱穩(wěn)定性，所以不適合做熱電池正極。CaCrO4 做熱電池正極已有很長歷史，其他鉻酸鹽如 Li2Cr2O7 、K2Cr2O7 也常用做正極，特別是 Li2Cr2O7 分子量小、電化學(xué)容量最高，更能吸引人們注意。由于鉻酸鋰熔點較低約 516 ℃，常需加入粘合劑使電極在工作時活性物質(zhì)熔鹽不流動，保持形態(tài)不變。Li2Cr2O72LiAl電對開路電壓3.0 V,100 mA/ cm2放電單體電壓2.5～2.6 V，基本等同于鋰釩氧 (LVO)。錳化合物中β2MnO2作為其他電池正極材料如鋅錳、鋰錳電池已相當(dāng)普遍，同樣作為熱電池正極也進(jìn)行了研究測試，β2MnO22LiAl 電對開路電壓，3.1V，100mA/cm2放電單體電壓3.0V。
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