为何充电电池是1.2V,而干电池是1.5V?

作者: Dumuzhou

来源: 中科院半导体所

发布日期: 2019-02-20 10:00:00

本文探讨了充电电池和干电池的电压差异,以及太阳能电池的工作原理和分类。文章详细介绍了电池电压的决定因素、太阳能的利用、太阳能电池的发展历史、工作原理和分类。

事情是这样的:充电电池的开路电压(不放电时正负两极之间的电位差)是有电池正、负极与电解材料决定的。这是由不同材质的电化学反应决定的。也就是说,只要正负极材料一样,不管电池多大、容量多大,电压都是一样的。不是想做多少电压就能做多少电压的。而且1.5V/1.2V也只是标称,非实际电压。比如1.2V的镍铬、镍氢电池,标称1.2V,充满是1.4V甚至更高一些,放电可以到1V。

能源对于社会进步具有不可磨灭的巨大推进作用,近几十年来,随着人们对物质生活的更高要求,社会的发展对能源的需求越来越大,对各种能源开发,以及各种能源的利用率的提高依然迫在眉睫。不同能源的利用情况,无论如何投绕不过太阳能。太阳能是一种的热辐射能,是太阳经过热核反应向外界释放的能量。

虽然最终到达地球的能量相对于太阳释放的能量非常少,只有几十亿分之一,但是这却是地球光热能的主要来源,足以使得地球上的各种生物能够生存繁衍下来。对于太阳能有许多优势促使我们积极利用以满足能源需求。首先,地球上到处都有太阳辐射,而且有很多,展示了全球的太阳能平均辐射量,可以看到虽然太阳能辐射量在全球分布沿赤道向南北极递减,但是分布极为广泛。

那么如何把太阳能转化为电能呢?太阳能电池的发展已经经历了一百多年的时间。光伏效应是在1839年当时只有19岁的法国物理学家Alexandre-Edmond Becquerel发现的。当前,世界各国对于太阳能的利用都出现持续且迅速的增长,而作为太阳能利用的重要组件光伏电池,产量也在持续增长。由图可以看出,我国不仅光伏电池产量多,同时我国也逐渐取代德国,成为每年与累计光伏系统安装最多的国家。

太阳能电池的工作基本原理是基于光伏效应,即两种不同材料的接触点在电磁辐射的影响下产生电势差。而光伏效应与光电效应相似。光电效应是阿尔伯特·爱因斯坦在1905年假定光由固定能量量子-光子组成解释了这一现象。光子能量由如下公式计算:E = hv,其中h是普朗克常数,v是光波频率。

基于光伏效应的太阳能电池工作可分为以下三个过程:1. 材料吸收光子产生载流子;2. 光生载流子的分离;3. 光生载流子的收集。

目前来说,我们可以把太阳能电池分为以下几类:1. 晶体硅太阳能电池;2. 薄膜太阳能电池;3. 有机太阳能电池。

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