《儲能材料與器件智能制造技術(shù)》熱電池在導(dǎo)彈騰空而起的瞬間、深海探測器下潛的時刻、極地科考設(shè)備運(yùn)行的過程中，有一種鮮為人知卻至關(guān)重要的電池在默默提供能量——熱電池。與常見的鋰離子電池、堿性電池不同，熱電池以獨(dú)特的“熱激活”方式工作，能在瞬間釋放強(qiáng)大電能，適應(yīng)極端溫度、高沖擊等惡劣環(huán)境，成為軍事裝備、航空航天等領(lǐng)域不可或缺的“能量心臟”。從硝煙彌漫的戰(zhàn)場到探索未知的太空，熱電池憑借其可靠的性能，為特殊場景下的設(shè)備運(yùn)行提供堅實(shí)保障，展現(xiàn)著能源技術(shù)領(lǐng)域的獨(dú)特魅力。熱電池又稱熱激活儲備電池，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也與一般的電池相似。但熱電池貯存時電解質(zhì)為不導(dǎo)電的固體，因此在貯備狀態(tài)下電池不工作。電池工作時需用電發(fā)火頭或撞針機(jī)構(gòu)引燃其內(nèi)部的加熱藥劑，使電解質(zhì)快速加熱至500℃左右熔融成為離子導(dǎo)體而激活電池。熱電池包括：鎂/五氧化二釩熱電池，鈣/硫酸鉛熱電池，LAN硫化物熱電池，鋰合金一硫化鐵熱電池。熱電池結(jié)構(gòu)如圖所示。熱電池是一種儲備型一次性電池，其最大特點(diǎn)是平時處于“冷態(tài)”不工作，需要時通過激活裝置產(chǎn)生熱量，使電池內(nèi)部的電解質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子導(dǎo)電性良好的液態(tài)，從而引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。熱電池的基本結(jié)構(gòu)包含正極、負(fù)極、電解質(zhì)、加熱裝置和外殼。正極材料多采用金屬氧化物等，負(fù)極常用鋰等活潑金屬，電解質(zhì)通常是熔融鹽（如鹵化物鹽）。當(dāng)激活指令下達(dá)，加熱裝置（一般由火藥或電阻絲組成）迅速釋放熱量，將電解質(zhì)加熱至熔點(diǎn)以上，此時正負(fù)極材料在熔融電解質(zhì)中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，電子通過外電路形成電流，為負(fù)載供電。整個激活過程極短，通常在毫秒到秒級，且能在短時間內(nèi)提供大電流，滿足設(shè)備的瞬時高功率需求。根據(jù)電解質(zhì)類型和應(yīng)用場景，熱電池可分為多種類型。按電解質(zhì)分類，主要有氯化物熱電池和硫化物熱電池。氯化物熱電池工作溫度一般在400-500℃，輸出電壓較為穩(wěn)定，常用于導(dǎo)彈、魚雷等武器裝備；硫化物熱電池工作溫度更高，可達(dá)600-700℃，能量密度較大，適用于對電能需求較高的航空航天設(shè)備。熱電池的顯著優(yōu)勢在于其高可靠性與極端環(huán)境適應(yīng)性。它能在-50℃至70℃的環(huán)境溫度下長期儲存，且儲存期長達(dá)數(shù)年甚至數(shù)十年；激活后可在瞬間達(dá)到滿功率輸出，不受環(huán)境溫度影響；同時具備出色的抗沖擊、抗振動性能，可承受高達(dá)數(shù)千g的加速度沖擊。但熱電池也存在局限性，作為一次性電池，其電能耗盡后無法重復(fù)使用；且由于工作時需要加熱，能量轉(zhuǎn)換效率相對較低，部分熱量會以熱能形式散失。熱電池屬貯備型高溫熔融鹽一次電池，具有激活時間短、輸出功率高、貯存時間長、可靠性高等特點(diǎn)，主要用于導(dǎo)彈、火箭、魚雷等武器和軍事裝置方面。以導(dǎo)彈為例，從發(fā)射瞬間的制導(dǎo)系統(tǒng)啟動、姿態(tài)控制，到飛行過程中的信號傳輸，都依賴熱電池提供穩(wěn)定電力。其快速激活和高功率輸出特性，確保導(dǎo)彈在極短時間內(nèi)完成發(fā)射準(zhǔn)備并準(zhǔn)確命中目標(biāo)。在航空航天領(lǐng)域，熱電池用于衛(wèi)星的應(yīng)急電源、空間探測器的啟動電源等。例如，在深空探測任務(wù)中，面對外太空的超低溫和復(fù)雜輻射環(huán)境，熱電池能可靠工作，為探測器提供關(guān)鍵階段的電能。此外，在石油勘探、深井探測等民用領(lǐng)域，熱電池也發(fā)揮著重要作用。在數(shù)千米深的油井中，熱電池可承受高溫高壓環(huán)境，為井下測量儀器供電，保障數(shù)據(jù)采集與傳輸。熱電池目前常用的正極材料有FeS2、CoS2和NiCl2等。常用的負(fù)極材料有LiAl、LiSi和LiB合金等。熱電池電解質(zhì)熔鹽要求密度小、黏度小，熔點(diǎn)低，蒸汽壓低，離子導(dǎo)電能力大，電子導(dǎo)電能力小，分解電壓高，對正負(fù)極無副反應(yīng)且溶解腐蝕小，熱穩(wěn)定性好，對電極材料有良好的濕潤性。目前常用的電解質(zhì)材料有LiCl-KCl、LiCl-LiBr-LiF和LiCl-LiBr-KBr等熱電池常用的加熱劑是由Zr粉BaCrO4和石棉按照一定的比例制成的加熱紙，具有工藝成熟，靈敏度高，燃速快等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是對靜電敏感，安全性差，燃燒后易變性；另外一種是活性鐵粉和高氯酸鉀按一定比例制成的鐵加熱粉，具有機(jī)械強(qiáng)度好性能穩(wěn)定易成型導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)。為進(jìn)一步提升熱電池性能，科研人員在材料、結(jié)構(gòu)和工藝方面不斷探索創(chuàng)新。在材料研發(fā)上，致力于開發(fā)新型高能量密度電極材料和低熔點(diǎn)、高離子導(dǎo)電性的電解質(zhì)，以提高電池的能量密度和工作效率；在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，采用多層疊片式結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)圓柱式結(jié)構(gòu)，可有效提升電池的功率密度，并實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。同時，隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，熱電池的生產(chǎn)工藝正朝著自動化、精細(xì)化方向邁進(jìn)，通過精確控制材料配比、加熱裝置性能等參數(shù)，提高產(chǎn)品的一致性和可靠性。此外，研究人員也在探索熱電池的可重復(fù)使用技術(shù)，試圖突破其一次性使用的局限，拓展應(yīng)用場景。熱電池，這顆在極端環(huán)境中閃耀的“能量之星”，憑借獨(dú)特的工作方式和卓越的性能，在軍事、航天等特殊領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。從保障國家安全的武器裝備，到探索宇宙奧秘的航天探測器，它以可靠的能量供應(yīng)守護(hù)著每一項重要使命。盡管面臨著效率與復(fù)用性等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)