軍用熱電池又叫熱激活電池是一次性電池，用于作為炮彈的引爆電源或者導(dǎo)彈、核武器的工作電源，工作時(shí)間幾秒~60min，炮彈引爆完，電池也灰飛煙滅。燃料電池不是一次性電池，加了氫就像汽車，加了汽油就能源源不斷提供電力。

發(fā)展歷程

第二次世界大戰(zhàn)末期，德國Erb博士首先發(fā)明了熱電池，戰(zhàn)后熱電池技術(shù)傳到美國，引起美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和武器發(fā)展部的重視。1948年烏利切（Wurlitzer）公司開始生產(chǎn)第一個(gè)熱電池并實(shí)際應(yīng)用在迫擊炮彈中；1955年美國SAND實(shí)驗(yàn)室研制成功使用壽命為5min左右的熱電池，并應(yīng)用在核武器上。

20世紀(jì)50年代中期，美國海軍武器實(shí)驗(yàn)室（NOL）和尤拉卡-威廉斯（Eurelca-Williams）公司首先研究成功Mg/V2O5片型熱電池，從而使熱電池的制造工藝從陳舊的杯型工藝向新穎的片型工藝過渡，使熱電池的性能上了一個(gè)新臺(tái)階，這是熱電池發(fā)展史上一個(gè)重要里程碑。

1961年SAND實(shí)驗(yàn)室利用上述成果開始研制片型的Ca/CaCrO4體系的熱電池。1966年第一個(gè)完整的片型熱電池投產(chǎn)，從而片型Ca/CaCrO4熱電池成為美國使用在核武器上的主要能源，使它的比能量、比功率得到很大提高，特別是大大延長了電池的使用壽命（從5min延長到60min），總之，20世紀(jì)60年代和70年代初期是熱電池，特別是Ca/CaCrO4熱電池大發(fā)展的時(shí)期。

鈣系熱電池具有放電時(shí)間長、工作電壓高、激活可靠、使用安全、能耐苛刻環(huán)境條件的特點(diǎn)，片型工藝的出現(xiàn)及一些高效絕熱材料的應(yīng)用，使熱電池的比能量、比功率得到很大提高，特別是大大延長了熱電池的工作壽命，使其工作壽命達(dá)到1h左右。但Ca/CaCrO4體系熱電池還存在一些致命缺點(diǎn)。

首先該電池易形成Li-Ca合金。該合金在電池工作溫度下是可流動(dòng)的液體，因而容易引起電池短路和產(chǎn)生電噪聲；其次鈣陽極與CaCrO4往往發(fā)生難以預(yù)測的放熱反應(yīng)，從而引起電池?zé)崾Э貙?dǎo)致電池壽命提前結(jié)束；再次是電池在放電過程中，鈣陽極表面產(chǎn)生一層惰性復(fù)鹽膜（KCa-Cl3），引起電極嚴(yán)重極化。

為了克服這些缺點(diǎn)，1970年英國海軍部海上技術(shù)研究中心研究鋰作陽極，硫作陰極的熱電池，但由于硫在高溫時(shí)易揮發(fā)，后來改用FeS2和熔點(diǎn)高的鋰合金作為陰陽極材料。

20世紀(jì)70年代中期SAND實(shí)驗(yàn)室利用美國海軍材料實(shí)驗(yàn)對鋰合金陽極的研究成果和阿貢實(shí)驗(yàn)室對二次LiMx/FeS2蓄電池研究成果，研制成片型化的小型長壽命LiMx/FeS2熱電池，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)大大超過過去任何一個(gè)電化學(xué)體系的熱電池，這是熱電池發(fā)展史上又一重大技術(shù)突破

由于熱電池具有突出的優(yōu)良性能，在現(xiàn)代武器上得到廣泛的應(yīng)用，從而促進(jìn)了現(xiàn)代武器性能的提高。現(xiàn)代武器的快速發(fā)展又對熱電池提出了更新、更高的要求。快激活、長壽命、大功率熱電池必將成為下一步熱電池研究的熱點(diǎn)。

熱電池的研究方向

快激活熱電池

熱電池的激活時(shí)間是指從熱電池激活信號(hào)到熱電池達(dá)到所規(guī)定的工作電壓下限所需時(shí)間。激活過程是當(dāng)電點(diǎn)火頭或火帽接到激活信號(hào)后燃燒點(diǎn)燃引燃條，引燃條再引燃加熱片，加熱片加熱使電池堆處于工作溫度范圍之內(nèi)，使電解質(zhì)熔融后，熱電池開始工作。激活時(shí)間一般為0．5～2S。為縮短熱電池的激活時(shí)間，一方面必須提高引燃條和加熱片的燃燒速度，另一方面則需提高熱電池的電解質(zhì)的熱傳導(dǎo)速率，電解質(zhì)熔融的速度對縮短熱電池的激活時(shí)間也有相當(dāng)重要的影響。通過以上改進(jìn)措施，熱電池的激活時(shí)間可達(dá)到0．2S，甚至可達(dá)到0．1S內(nèi)。

長壽命熱電池

熱電池中，工作壽命為60rrdn左右的電池稱之為長壽命熱電池。隨著武器系統(tǒng)發(fā)展的需要，長壽命熱電池的研究也日益重要。要使熱電池達(dá)到長壽命技術(shù)要求，必須解決以下幾個(gè)問題：

（1） 陰極材料的熱分解。目前大多數(shù)熱電池均采用FcS：作為陰極材料，二硫化鐵作為短壽命熱電池的陰極材料比較理想，但作為長壽命熱電池的陰極材料，二硫化鐵在熱電池的工作溫度450～550℃范圍內(nèi)存在比較嚴(yán)重的熱分解，影響熱電池放電容量和放電時(shí)間。具有放電電壓平臺(tái)多、成型好、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)良的電化學(xué)性能特點(diǎn)的復(fù)合陰極材料，是今后作為長壽命熱電池陰極理想的材料。CoS：也是長壽命熱電池陰極材料的不錯(cuò)的選擇。

（2） 熱電池電解質(zhì)在放電過程中熔點(diǎn)升高。LiC1．KC1電解質(zhì)在放電過程中Lr離子通過電解質(zhì)從陽極向陰極遷移，在電解質(zhì)中形成濃度，同時(shí)陰極從電解質(zhì)中吸取離子形成復(fù)鹽。當(dāng)Li+／K+的比例發(fā)生變化時(shí)導(dǎo)致電解質(zhì)熔點(diǎn)升高，提早凝固，電池壽命終止。可采用Li+／K+的比例發(fā)生對最低共熔點(diǎn)變化不敏感的電解質(zhì)如：KC1．LiBr—KBr三元電解質(zhì)來作為長壽命熱電池的電解質(zhì)。

（3） 延長熱電池的熱壽命。熱電池的內(nèi)部溫度必須維持在一定范圍內(nèi)才能使熱電池正常工作，這種維持在一定溫度范圍內(nèi)的時(shí)間稱之為熱壽命。采用輕質(zhì)、多孔、高效的Min．K型保溫材料可提高熱電池的熱壽命。

大功率熱電池

要實(shí)現(xiàn)高比功率特性，除要求材料本身電化學(xué)極化要小外，還要求材料本身的電導(dǎo)率較高，以降低歐姆極化。CoS的電阻率為0．002Q·cm，遠(yuǎn)低于FeS2的17．71-／·cm，更有利于降低電極的歐姆極化；通過掃描電鏡（SEM）分析表明人工合成CoS：為近球形多孔網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，增加了CoS的比表面積，有利于降低電化學(xué)極化。CoS：大電流負(fù)載下陰極極化小，高溫放電活性物質(zhì)利用率高，CoS：實(shí)際高低溫的平均容量比FeS高44％，這些特點(diǎn)很適合于高比功率、長壽命熱電池設(shè)計(jì)，是進(jìn)一步提高熱電池性能的首選材料。

鋰系熱電池主要技術(shù)方向

目前，鋰系熱電池是熱電池的主導(dǎo)產(chǎn)品并將逐步替代老式熱電池。研究者們對鋰系熱電池的研究主要集中在電極材料和電解質(zhì)上。

熱電池陽極電極材料

在熱電池中，陽極不僅參加電化學(xué)反應(yīng)，而且還起到導(dǎo)電作用。熱電池的陽極材料一般采用電極電位較負(fù)的金屬材料，如鈣箔、鎂粉、鋰合金等。從Et前熱電池的發(fā)展來看，采用鋰陽極日益增多，鋰陽極可以避免鈣陽極的一些缺點(diǎn)。但鋰直接作為熱電池的陽極，其熔點(diǎn)較低，在熱電池的工作溫度下呈液態(tài)，易從多孔集流器中溢出。為使鋰陽極不為液態(tài)，一般采用鋰合金作為陽極，其熔點(diǎn)高又基本保持了鋰的電化學(xué)特性。在鋰系熱電池發(fā)展初期，Li—A1代替鋰電極作為熱電池陽極材料。相對于Li—Al陽極而言，Li．si陽極具有更好的性能，因而在熱電池發(fā)展中，Li．A1在應(yīng)用一段時(shí)間后，就很快被Li—Si所取代。目前在軍事科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用中，熱電池主導(dǎo)產(chǎn)品為Li—Si／FeS電池。Li．si合金電極材料的制備工藝比較簡單，主結(jié)構(gòu)為LiI，si4（化學(xué)計(jì)量成分）。Li．si合金電極在放電過程中，隨鋰含量的降低，電極電壓出現(xiàn)5個(gè)平臺(tái)，各平臺(tái)間有一個(gè)平滑過渡區(qū)，通常只利用第一個(gè)平臺(tái)。Li—B合金是繼金屬鋰、Li．A1、Li—si合金之后又一重要的新型熱電池陽極材料。Li．B合金的性能較Li—si合金又有很大提高，其電化學(xué)性能與純鋰十分接近。鋰硼合金中活性鋰?yán)寐蔬_(dá)70％時(shí)，電位仍然很穩(wěn)定，而鋰硅合金不僅活性鋰含量低，利用率只有20％。Li—B合金是現(xiàn)今比功率、比容量最大的熱電池陽極材料。