零伏的问题
将理想电池降至零伏是绝对不可能的。由于内部化学作用,电池不能降至零伏。在标准使用中,即使将端子连接在一起,也不能将电压降至 2 伏以下。每个电池的电池电压将在 3.8 到 2.4 伏之间变化。随着电压下降,内阻上升。内阻越高,短路电流越低。我个人不确定锂离子电池的最低安全电压是多少,但随着电压接近下限,电流将降至几乎为零。有关这一点的更详细证明,请参阅这篇文章的结尾。
注意:以上适用于完美世界中的完美电池。实际上,短接后会很快严重损坏电池。此时,半电池之间的内阻、电流和能量差都将不再重要。
![在此处输入图像描述](https://i.stack.imgur.com/AhDni.png)
(我知道这张图是碱性的,我找不到锂离子的图,我向你保证它看起来一样)
安全电池是没电的电池和没电的电池,没电的电池大约是 2 伏。
如果您将电压降至零,我可以告诉您,您所做的不仅仅是中和电池,您还从根本上改变了电池的结构。锂离子是敏感和挑剔的。我无法猜测 0V 电池内部到底发生了什么,但我可以向你证明它永远无法到达那里(见结尾),而且它已经表明你的电池现在处于不安全状态。
我确实喜欢另一个答案所说的:在 2 伏电压下,内能约为 0。这是真的,也是思考它的好方法。
我可以采取哪些安全措施?
至于存储,我理解想要安全地存储它们。如果您有顾虑,您可以防范两件事:烟雾和火灾。
为防止产生烟雾,请存放在通风良好的区域或密封容器中。lock-n-lock 效果很好。
为了防火,顶部和底部带有一块瓷砖或铺路石的煤渣块效果很好。
关于电能,我可以告诉你,除非你说的是绝对巨大的电池,否则电池中的电能是一个相对较小的危险。您最关心的是化学品的挥发性。
总而言之,使电池短路绝不是一个好主意。锂离子电池设计为在 2-4 伏特下存储。按照设计使用它们的方式使用它们。
为什么我不能把它降到零伏?
编辑:好的,所以很多混乱似乎来自我们所有 21 世纪的人都熟悉的电池指标。这些电池指示器不是电压指示器,虽然测量电压是过程的一部分,但确定电池中剩余电量的百分比并不简单。如果您在 10 年前使用过笔记本电脑,您可能还记得片状电池指示灯。它们很不稳定,因为计算剩余电池寿命绝对不简单,但我会解释一下:
第 1 步:首先,我们需要查看手机当前使用的电流量和电池端子的电压。
第二步:我们可以利用这些信息来确定电池的内阻。当内阻达到无穷大时,电池完全耗尽。请注意,这永远不会发生。这将花费无限的时间。尽管如此,您的手机仍知道其运行所需的最低电压和电流要求。现在,如果我们把内阻想象成一个与电池串联的电阻,很明显,随着电阻值的增加,会出现\$ V_{电池} - R_{内阻} I_{最小电流} < V_ {运行手机的最低电压} \$ .
第 3 步:现在,我们知道内阻有一个上限,并且我们现在知道内阻是多少,但要弄清楚我们的电池寿命百分比仍然需要一些工作。问题是内部电阻不会随着消耗的功率线性增加,它所遵循的曲线取决于您使用的特定电池,没有两个电池完全相同。因此,您的手机会不断跟踪电池的内阻和功率输出,并使用它来不断调整其电池寿命预测。
想要证据?你有没有让你的手机在 1% 的电量下保持 20 分钟?或者有时会在 2% 时死亡?你去吧。这不是一门精确的科学,它是一个估计。它肯定比仅仅测量电压要复杂得多。
你不能把它降到零伏的科学原因
电池由两个半电池组成。一个半电池包含溶解和固体的反应物 A,另一个溶解和固体的反应物 B。电子从反应物 A 转移到反应物 B 将导致 A 溶解并与盐结合,并导致 B 从盐中分离并固化。对于任何给定的化学反应,都有一定数量的相关能量。
氢半电池的电位为 0 伏,锂半电池的电位为 -3.04 伏,钠半电池的电位为 -2.71 伏。看到这里更多。
我们看到电池放电时电压降低的原因是半电池中化学物质的可用性降低,这意味着电子将更难从它们在一个半电池中的任何位置到达它们需要在半电池中的位置。另一半电池。想象一下,我们有两个半电池,每个都有汽水罐那么大,一个是溶解的反应物 A 原子,另一个是固体反应物 B,你可以想象你不会得到太多的电压,反应的大部分能量将用于将电子转移到正确的位置。
电池放电时这种稀有的反应物意味着电子必须做更多的工作才能从一个电池到达另一个电池。这表现为以维持标称电压为代价的内阻增加和电流减少。我想我可以不情愿地承认,经过数十亿年的连接,当使用 A 的每个原子时,你可能会达到零伏特,但那时的内阻会非常大,电流会非常小。小的。可以说,仅几分钟或几小时后,您的标称电压就会达到约 2 伏。
我觉得有必要澄清一下,我知道这不符合经验数据(即通过将电池连接在一起可以将电压降至零)。我明白那个。电池不再以这种方式运行,因为它已严重损坏。
还是不信……
好的,你有这个计划来慢慢消耗电力。你不能,或者更确切地说,你已经拥有了。一旦达到某个下限(接近 2 伏),您就不能再从电池中汲取大量电流。只剩下 ppm 浓度的反应物,它们的数量不足以产生显着的电流。测量锂离子电池的电阻,同时以恒定电流从中汲取能量。我在网上搜索了图表,我发现的都是碱性电池,但锂离子的图表是一样的。随着你画得越来越多,内阻会达到一个垂直渐近线,增长到无穷大。
在那之后实际上会发生什么?当您尝试从电池中汲取的电量超过其实际提供的电量时会发生什么?我不知道。有太多变量无法准确预测可能发生的反应、违规行为等。我只能告诉你的是,电池中的电流是有限的,但电流总是以恒定电压流出。
电源总是以恒定电压提供的想法似乎让您感到困扰,所以我请您这样想:2 9 伏电池的电压比汽车电池的电压高。此外,您可以并联 100 个汽车电池,但仍只能获得 12 伏电压。
这是因为电池电压是反应的函数:电池中的两种化学物质。如果你制造一个谷物筒大小的汽车电池,它会是 2 伏,因为反应是 2 伏。如果你制造一角硬币大小的汽车电池,它会是 2 伏,因为反应是 2 伏。因为给定的电子在从 A 点移动到 B 点时会释放给定的能量。
也就是说,它能够一次推出多少电子是大小的函数和容量的函数。随着电池变得“没电”,当它耗尽反应物时,它将能够推动越来越少的电子。十亿年后,它的反应物将为零,但未发生的反应仍将是约 3 伏的反应。
这体现在伏特的单位中,即:$$\frac{N m}{C}$$
\$Nm\$是一个工作单元。\$C\$是一定数量的电子。因此,伏特是每个电子的功单位——一个表示给定电子可以做多少功的量。无论是 3 个电子还是\$1\times 10^{12}\$ 个电子,它们各自做的功都是一样的。因此,电池只会降低电压,因为它会获得一定的内阻,并且电子需要做更多的工作才能到达电池的端子。该反应仍然在每个电子的基础上释放相同的能量。
我知道这个概念很难理解,并且有一种强烈的趋势认为电池电压与电池的大小有关,以及它以百分比值表示的“充满”程度。尽管如此,这并不能准确反映电池的运行方式,而且它们的运行方式与电化学的基本原理相矛盾。
如果在这一点上,你仍然不相信,我必须建议你学习一门电化学课程,维基百科页面非常有帮助,我相信 YouTube 上关于该主题的教程源源不断。
但我试过了,没有问题!
凉爽的。但问题不是“可以安全地完成吗?” 当然,也许有某种方法可以使锂离子电池的电压为零伏而不排放烟雾(根据记录,您可能无法检测到,直到您因它们而生病)。问题不在于物理上是否可以做到这一点而不会发生任何爆炸,问题在于安全性。尽管您可能能够做到这一点,尽管在某些情况下它可能是安全的,但这并不比简单地将它们置于 2 伏电压更安全,而且我认为这会涉及更多风险。
归根结底,这取决于你,但我可以想到很多原因,以这种方式给电池放电是不安全的,并且认为这样做没有任何好处。
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