（1）铅酸蓄电池
图2.2 铅酸蓄电池
铅酸蓄电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池，1859年由法国人雷蒙德·路易斯·加斯顿·普兰特（Raymond Louis Gaston Planté）（Plante）发明，至今已有100多年的历史。自从铅酸蓄电池被发明后，因为其价格低廉、原材料易于获得、使用上有充分的可靠性、适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点，在化学电源中一直占有绝对优势。图2.2所示为铅酸蓄电池。
铅酸蓄电池分为排气式蓄电池和免维护铅酸蓄电池。放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。铅酸蓄电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液，主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能（即每千克蓄电池存储的电能）低、使用寿命短和日常维护频繁。铅酸蓄电池需要在每次保养时检查电解液的密度和液面高度，如果有缺少需添加蒸馏水。随着蓄电池制造技术的升级，铅酸蓄电池发展为铅酸免维护蓄电池，使用铅酸免维护蓄电池的过程中无需添加电解液或蒸馏水，主要原理是正极产生的氧气可在负极被吸收实现氧循环，可防止水分减少。免维护铅酸蓄电池的应用范围更加广泛。
（2）镍镉蓄电池
镍镉蓄电池是一种碱性蓄电池。正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由镉制成的，电解液是氢氧化钾溶液。其优点是轻便、抗震、寿命长。图2.3所示为镍镉蓄电池。
图2.3 镍镉蓄电池
镍镉蓄电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物，负极材料为海绵网筛状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。当环境温度较高时，使用密度为1.17~1.19（15℃时）的氢氧化钠溶液；当环境温度较低时，使用密度为1.19~1.21（15℃时）的氢氧化钾溶液；在-15℃以下时，使用密度为1.25~1.27（15℃时）的氢氧化钾溶液。为兼顾低温性能和荷电保持能力，密封镍镉蓄电池采用密度为1.40（15℃时）的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢氧化锂（每升电解液加15~20 g）。
镍镉蓄电池充电后，正极板上的活性物质变为氢氧化镍，负极板上的活性物质变为金属镉；镍镉电池放电后，正极板上的活性物质变为氢氧化亚镍，负极板上的活性物质变为氢氧化镉。
（3）镍氢蓄电池
图2.4 镍氢蓄电池
镍氢蓄电池是20世纪90年代发展起来的一种新型电池，主要由正极、负极、极板、隔膜、电解液等组成。正极活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极以镍的储氢合金为主要材料，电解液为6 mol/L氢氧化钾溶液，隔膜具有保液能力和良好透气性。图2.4所示为镍氢蓄电池。
镍氢电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐用性等许多优异特性。与铅酸蓄电池相比，镍氢电池具有比能量高、质量轻、体积小、循环寿命长的特点。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。
（4）铁镍蓄电池
铁镍蓄电池的电解液是碱性的氢氧化钾溶液，是一种碱性蓄电池。其正极为氧化镍，负极为铁。其优点是轻便、寿命长、易保养，缺点是效率不高。图2.5所示为铁镍蓄电池。
图2.5 铁镍蓄电池
（5）锂离子电池
锂离子电池是20世纪研发成功的新型高能电池，1990年最先由日本索尼公司研发成功，90年代进入实用阶段。锂离子电池是一种二次电池（充电电池），负极是石墨等材料，正极材料是磷酸铁锂、钴酸锂、钛酸锂等。锂离子电池的工作原理基于“摇椅”机理。充电时，由于外部电流的作用，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入负极材料晶格中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于正负极之间。图2.6所示为锂离子电池。
图2.6 锂离子电池(www.xing528.com)
锂离子电池具有能量高、电压高、工作温度范围宽、储存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中。随着电动汽车的发展和普及，锂离子电池在电动汽车领域将会发挥更重要的作用。在动力电池领域，锰酸锂和磷酸铁锂是最有前途的正极材料。二者相对钴酸锂具有更强的价格优势，同时具有更佳的热稳定性和安全性。
2019年10月9日，瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫John Goodenough、斯坦利·惠廷厄姆Stanley Whittingham和吉野彰Akira Yoshino，以表彰他们在锂离子电池研发领域做出的贡献。
（6）空气电池
空气电池是化学电池的一种，其构造原理与干电池相似，不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。空气电池分为锌空气电池、锂空气电池和铝空气电池。图2.7所示为空气电池。
锌空气电池用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池，又称锌氧电池。分为中性和碱性两个体系的锌空气电池，分别用字母A和P表示，其后再用数字表示电池的型号。锌空气电池的充电过程进行得十分缓慢，为解决这一问题，当锌空气电池的负极锌板或锌粒，被氧化成氧化锌而失效后，一般采用直接更换锌板或锌粒和电解质的方法，使锌空气电池完全更新。
图2.7 空气电池
铝空气电池，顾名思义就是以铝与空气作为电池材料的一种新型电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源，是一款对环境十分友好的电池。电池的结构以及使用的原材料可根据不同实用环境和要求而变动，具有很强的适应性，既能用于陆地也能用于深海，既可作动力电池，又能作长寿命、高比能的信号电池，是一款功能非常强大的电池，具有广阔的应用前景。铝空气电池的化学反应与锌空气电池类似，铝空气电池以高纯度铝Al（含铝99.99%）为负极、氧为正极，以氢氧化钾（KOH）和氢氧化钠（NaOH）水溶液为电解质。铝摄取空气中的氧，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用转化为氧化铝。铝空气电池的进展十分迅速，它在电动汽车上的应用已取得良好效果，是一种很有发展前途的空气电池。
锂空气电池并非新概念。众所周知，锂离子电池广泛用于手机和笔记本电脑等，目前已经是下一代充电式混合动力车和电动车动力电池的理想之选。它比其他汽车电池的密度更高、电量更充足、但受制于电池容量，价格也更贵，充电后的行驶距离仍不够远。普遍认为，要实现电动汽车的普及，能源密度需达到目前的6~7倍，于是金属锂空气电池备受关注。由于在正极上使用空气中的氧作为活性物质，锂空气电池理论上正极的容量密度是无限的。另外，如果负极使用金属锂，理论容量会比锂离子充电电池提高10倍。科学家认为，锂空气电池的性能是锂离子电池的10倍，可以提供与汽油同等的能量。锂空气电池从空气中吸收氧气充电，因此这种电池可以更小、更轻。
（7）飞轮电池
飞轮电池是20世纪90年代才提出的新概念电池，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。众所周知，当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。图2.8所示为飞轮电池。
图2.8 飞轮电池
飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加飞轮的转速从而增大其动能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电能的转换。当飞轮电池发电时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高（高达200 000 r/min），使用的轴承为非接触式磁轴承。据称，飞轮电池比能可达150 W·h/kg，比功率可达5 000~10 000W/kg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万km。美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮电池成功地把一辆克莱斯勒LHS轿车改装成电动轿车，一次充电可行驶600 km，起步至96 km/h的加速时间为6.5 s。
飞轮电池因具有清洁、高效、充放电迅捷、不污染环境等特点而受到汽车行业的广泛重视。车辆在正常行驶和刹车制动时，给飞轮电池充电；飞轮电池则在加速或爬坡时，给车辆提供动力，确保车辆平稳运行。飞轮电池在汽车行业的应用，既可减少燃料消耗、空气和噪声污染，也可减少发动机的维护，延长发动机的寿命。
（8）燃料电池
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别被送进燃料电池，电就被生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”，而是一个“发电厂”。
和普通化学电池相比，燃料电池可以补充燃料，通常是补充氢气。一些燃料电池能使用甲烷和汽油作为燃料，但通常是限制在电厂和叉车等工业领域使用。氢燃料电池基本原理是电解水的逆反应，即把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
氢燃料电池的工作原理：将氢气送到燃料电池的负极（阳极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池正极（阴极），而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。
电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。供应给阴极板的氧可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水蒸气带走，就可以不断地提供电能。
燃料电池发出的电经逆变器、控制器等装置给电动机供电，再由传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60%~80%，为内燃机的2~3倍。
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