由于新電池化學(xué)品的開發(fā)使得可以為越來越廣泛的系統(tǒng)提供能量，電池供電系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)普及。二次電池已經(jīng)成為重要的能源，為電子系統(tǒng)提供了一種比初選更為環(huán)保的解決方案，因?yàn)樗鼈兛梢猿潆姸皇且笮码姵兀f的電池在耗盡時(shí)丟棄。

如果不使用作為主要電源，二次電池可在許多消費(fèi)者和輕工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，在主電源發(fā)生故障時(shí)提供必要的備用電源。它們可以作為停電斷電的能源，或者允許換出原電池而不會(huì)丟失存儲(chǔ)在易失性存儲(chǔ)器中的寶貴數(shù)據(jù)。可充電技術(shù)的使用允許它們使用來自主要來源的能量保持完全充電并準(zhǔn)備好支持系統(tǒng)。這可以確保正常運(yùn)行時(shí)間不會(huì)像使用主要的非充電電池那樣降低。

現(xiàn)在有四種主要類型的可充電電池可用于為電子和電氣設(shè)備供電：密封鉛酸蓄電池;鎳鎘（NiCd）電池;鎳氫（NiMH）電池;和鋰離子電池。它們中的每一個(gè)都有自己獨(dú)特的特性，但它們也有一些共同的特性。

大多數(shù)電池化學(xué)物質(zhì)在供電方式上都是非線性的。電池容量與其提供的電流有關(guān);通常，抽取的電流越大，電池的有效容量越低。例如，對(duì)于5mA的電流消耗，電池可能具有1000mAh的容量。但是，相同的電池可能具有500 mAh的容量，電流消耗為200 mA。

此外，二次電池的化學(xué)和結(jié)構(gòu)對(duì)其充電方式有很大影響。放電并且能夠維持足夠高的電壓來為電路供電。一些化學(xué)物質(zhì)可以提供高放電或充電速率，但是它們的輸出電壓可能在某個(gè)時(shí)刻快速下降，可能超出負(fù)載電路繼續(xù)執(zhí)行的能力。結(jié)果，負(fù)載無法使用所有可用的能量。進(jìn)一步的考慮是，一旦主電源重新啟動(dòng)，能量可以多快恢復(fù)到電池，以及電池是否可以定期充電，或者最好是進(jìn)行深度放電然后再充電。

對(duì)于NiCd電池，電池中的記憶效應(yīng)特別明顯，如果它們經(jīng)歷反復(fù)的淺循環(huán)，則其可用容量會(huì)降低。例如，如果電源中斷時(shí)間短且頻繁且電池每次充電，則記憶效應(yīng)將導(dǎo)致其有效最大容量下降。

圖1：二次電池的典型放電曲線。

NiCd是19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)的最古老的可充電電池化學(xué)物質(zhì)之一。當(dāng)時(shí)，它是鉛酸電池唯一現(xiàn)實(shí)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。隨著時(shí)間的推移，能量密度提高并超過鉛酸化學(xué)。電池包括氧化鎳 - 氫氧化物正電極板和通過薄隔板保持分開的鎘負(fù)極板。它們含有堿性電解質(zhì)，通常是氫氧化鉀。

記憶效應(yīng)的原因是由于電極上活性材料排列的變化。理想地，這些在電極表面上布置為非常大量的微小晶體，這導(dǎo)致高的質(zhì)量與表面積比，改善了與電解質(zhì)的接觸。隨著時(shí)間的推移，并且受到短充電循環(huán)的鼓勵(lì)，這些晶體可以聚結(jié)成更大和更大的晶體，從而減少總表面積。

放電循環(huán)的可能副作用是產(chǎn)生不需要的氣態(tài)副產(chǎn)物。三洋能源的Cadnica系列鎳鎘電池等產(chǎn)品旨在最大限度地減少氣體產(chǎn)生，但單個(gè)電池包含自動(dòng)重新密封的通風(fēng)口，以防止氣體積聚在設(shè)備內(nèi)部。 Cadnica電池設(shè)計(jì)用于承受過充電和過放電。三洋的電極板制造工藝和集電器使內(nèi)部電阻最小化，讓電池充分利用NiCd化學(xué)的關(guān)鍵特性，當(dāng)需要高電流時(shí)，這是一種高放電率。

圖2：三洋能源Cadnica NiCd電池的構(gòu)建。

與NiCd相比，較新的NiMH電池化學(xué)物質(zhì)具有較高的自放電率，約為50％，但是整體能量密度更高。 NiMH電池的另一個(gè)特征是它們?cè)诔潆娖陂g產(chǎn)生熱量，限制了它們可以安全充電的速率。因此，充電更復(fù)雜，并且通常需要包括溫度感測(cè)電路。 NiMH的一個(gè)有用特性是它不會(huì)像NiCd化學(xué)品那樣受到記憶效應(yīng)的影響。

雖然電子技術(shù)中最古老的電池技術(shù)在電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，但鉛酸電池仍然存在具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如非常平坦的放電曲線。鉛酸電池可能是最熟悉的液體罐，需要小心處理。然而，用凝膠型電解質(zhì)代替液體的密封單元現(xiàn)在是常見的，特別是對(duì)于較小的負(fù)載。電極使用鉛合金組合物，其設(shè)計(jì)用于防止充電期間形成氣體，這是液體鉛酸電池中遇到的副作用。像一些鎳鎘電池一樣，如果充電過程確實(shí)會(huì)產(chǎn)生一些氣體，通常會(huì)有一個(gè)安全閥來防止內(nèi)部壓力增加。

凝膠電池通常每公斤容量低于其他電池化學(xué)品，但由于其平坦的放電曲線，在其大部分范圍內(nèi)提供可用的電壓輸出，這種電池類型的自放電率非常低，每月5％左右，盡管這往往是非線性的。但是，有一個(gè)電壓超過該電壓，在特性變化到足以防止電池充滿電之前不應(yīng)該按下電池。

與不適合頻繁充電的NiCd電池相比，密封Enersys的Cyclon?系列鉛酸蓄電池如果不經(jīng)常深度放電，將會(huì)顯示更長的使用壽命，而是在主電源恢復(fù)后輕輕使用然后加滿。鋰離子化學(xué)物質(zhì)等鋰可充電電池在放電太遠(yuǎn)時(shí)也會(huì)受到影響，但是從相對(duì)平坦的放電曲線中受益，直至其輸出電壓迅速下降。

圖3：Enersys Cyclon密封鉛酸蓄電池的放電深度與壽命之間的關(guān)系。

作為最輕的具有高電化學(xué)電位的金屬，鋰原則上可以實(shí)現(xiàn)高能量密度。但是，金屬的反應(yīng)性會(huì)引起火災(zāi)和爆炸。因此該元素以其氧化形式使用以降低危險(xiǎn)。因此，鋰離子化學(xué)物質(zhì)使用鋰 - 鈷二氧化物等材料代替金屬本身。

鋰離子電池通常具有負(fù)極鋁，涂有鋰等鋰化合物 - 二氧化鈷，鋰 - 二氧化鎳或鋰 - 二氧化錳。正電極通常是涂有碳的銅。電解質(zhì)通常是鋰鹽，例如六氟化鋰 - 磷，溶解在有機(jī)溶劑中。

鋰離子電池的能量密度是NiCd的兩倍，并且不會(huì)受到記憶的影響影響。另一個(gè)好處是類似于密封鉛酸電池的低自放電率。然而，需要在相對(duì)高的成本和更復(fù)雜的充電方案之間取得平衡，電池不能滴流或浮充電并且需要防止過度充電和過度放電。將電池推過極限會(huì)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。雖然在空間有限的情況下，鋰離子電池具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

高能量密度已經(jīng)從FDK，松下和精工電子等供應(yīng)商生產(chǎn)紐扣電池二次電池。但是，這不是唯一的形式。 Cymbet的Enerchip?是一種可以像任何其他表面貼裝IC一樣處理的單元，可以在電路板上自動(dòng)組裝和焊接。

Enerchip的容量小于1 mAh但它適合電池備份應(yīng)用，例如，在主電池電源交換時(shí)維持系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，適用于尺寸和低成本生產(chǎn)很重要的各種應(yīng)用。 Enerchip的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不是其他電池，而是超級(jí)電容器。然而，芯片的鋰基電化學(xué)結(jié)構(gòu)提供了更低的自放電率，從而減少了消耗能量的需要，只是為了在備份上保持足夠的電荷。

電池化學(xué)和設(shè)計(jì)的創(chuàng)新近年來可能會(huì)看到二次電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將其范圍擴(kuò)展到目前由其他電源主導(dǎo)的領(lǐng)域，包括更大的超級(jí)電容器和原電池。正如本文所示，了解每種化學(xué)物質(zhì)如何與給定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一起工作非常重要。