現(xiàn)代生活是靠電池才得以維持的，我想這句話并非言過其實，手機、電腦你又哪一天離得開？所以今天就讓我們提高一下電池的知識水平。

 

 

 

總的來看電池有三種主要類型，一是化學電池，二是物理電池，三是生物電池?；瘜W電池我們一會兒再說，先簡單看一下物理電池和生物電池。物理電池包括光電池，也就是利用光照后就會產(chǎn)生電流的物質(zhì)，將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，比如太陽能電池就是典型的光電池。還有溫差電池，它可以將物質(zhì)的溫差轉(zhuǎn)化為電能。還有原子能電池，它可以利用放射性物質(zhì)放出的射線來獲得電能，所以壽命很長，多裝載于人造衛(wèi)星之上。生物電池目前主要包括兩種，一是酶生物燃料電池，它的原理是通過使用酶這一催化劑，在室溫下，使氫氣、甲醇、葡萄糖等材料，與氧氣發(fā)生化學反應，從而獲得電能。二是微生物電池，其原理是利用微生物進行與酶電池同樣的反應。

 

 

 

溫差電池

 

而至于目前在電池家族中挑大梁的化學電池，我們可以將其分為兩類，一類是沒電了就扔的一次性電池，代表是鋅錳干電池、堿性干電池和鋰電池。這三種電池的正極都是二氧化錳，而負極分別為鋅、鋅和鋰。另一類是沒電了再充電的二次電池，代表是鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池，還有我們手機、電腦里使用的鋰離子電池。這四種電池的正極分別為二氧化鉛、氫氧化鎳、氫氧化鎳和鈷酸鋰，而負極分別為鉛、鎘、儲氫合金和石墨。

 

 

 

除了這兩大類之外，化學電池中還有一個特殊的存在，這便是燃料電池，其原理是利用氫等燃料與氧反應從而產(chǎn)生電。比如說如果以氫為燃料，那么就會發(fā)生與水的電解相反的反應從而產(chǎn)生電，而且氫燃料電池的反應產(chǎn)物只有水，所以對環(huán)境沒有污染。

 

 

 

物理電池、生物電池與燃料電池產(chǎn)生電的原理不難理解，那么傳統(tǒng)的化學電池究竟是怎么產(chǎn)生電的呢？

 

 

 

簡單來看，化學電池是一種通過化學反應產(chǎn)生電的裝置。氧化反應釋放電子，而還原反應得到電子，這兩種反應分別在不同的場合進行，如果將它們用導線連接起來，導線中就產(chǎn)生了電子的流動，也就是產(chǎn)生了電流。為了促使各個反應分別在正極和負極發(fā)生，在它們周圍存在著“電解質(zhì)”。另外，在實際的電池中，為了防止正負極相連發(fā)生短路，正極和負極是用絕緣的分隔裝置分隔開的。

 

 

 

電池原理

 

知道了這一簡單的原理，我們在家中就可以制作出一個簡易的電池。找一片銅片和一片鋁片，在它們中間夾進去幾張滲入鹽水的餐巾紙，最好把餐巾紙折疊幾層。然后把銅片和鋁片用導線連接起來。此時，鋁從鋁片上溶解進鹽水，并將電子釋放在導線上，而銅片則從導線處獲得電子，這樣就在導線上形成了微弱的電流。這種電池的負極是鋁片，正極是銅片，鹽水便是電解質(zhì)。

 

 

 

我們知道，不同的化學電池有著不同的電壓，那么其原因何在呢？這是因為，易于釋放電子或者易于獲得電子，其難易程度隨著物質(zhì)的不同而不同。而電池的電壓正是由各種物質(zhì)電子釋放的難易程度和獲得的難易程度所決定的。容易釋放電子的物質(zhì)，按容易程度從高到低包括鋰、鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鋅等，所以這些物質(zhì)可以做電池的負極。而容易獲得電子的物質(zhì)，按容易程度從高到低包括金、鉑、銀、汞、銅等，所以這些物質(zhì)可以做電池的正極。正負極金屬的離子化傾向差別越大，就越有大量的電子同時移動，也就能制造出電壓越高的電池。

 

 

 

說起電池的歷史，可以追溯到1800年意大利物理學家伏打發(fā)明的伏打電池。后來，1888年德國人卡爾-加斯納發(fā)明了干電池，自此，電池才得以開始廣泛應用。而在此之前，電池中使用液體電解質(zhì)，攜帶起來十分不方便。加斯納把石膏的粉末混入液體之中，這樣液體就不會流出來了?，F(xiàn)在我們常見的干電池是鋅錳干電池和堿性干電池。這兩種電池的相同之處在于它們的電極都是用了鋅和二氧化錳。所以，這兩種電池的電壓都是1.5V。不過，堿性干電池將負極上的鋅加工成了糊狀，這就大大增加了負極的表面積，所以可以進行大電流放電，從而提高電池的性能。另外，堿性干電池的電解液里使用的是比較容易導電的堿性溶液，所以，相比于鋅錳干電池，堿性干電池的特征就是可以高效地產(chǎn)生電流，并且電壓下降得比較緩慢。如此一來，即便兩種電池使用的是同一種材料，它們的性能也會隨著電極形狀和配置的不同而存在著很大的差別。

 

 

 

伏打電池

 

 

 

堿性干電池

 

可充電電池開始于1959年法國物理學家加斯頓-普蘭特發(fā)明的鉛酸蓄電池。隨后，二次電池中的鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池也相繼被開發(fā)出來。特別是無線化時代來臨之后，可以攜帶的手機得到普及，這就更少不了二次電池的應用。

 

 

 

普蘭特

 

 

 

鉛酸蓄電池

 

在手機誕生之際，手機里裝載的是鎳鎘電池，之后被鎳氫電池所取代，而現(xiàn)在所有的手機都已經(jīng)換成了鋰離子電池?？梢哉f，伴隨著電池的進步，手機也同步地實現(xiàn)了機體的小型化和使用時間的延長。

 

 

 

鎳鎘電池的電壓在1.2V左右，由于它能夠?qū)崿F(xiàn)大電流放電，所以通常用于短時間使用的充電式剃須刀和電動牙刷等。隨后出現(xiàn)的鎳氫電池的電壓也是1.2V，但其容量卻是鎳鎘電池的2倍，所以，鎳氫電池的出現(xiàn)對當時電器設備的小型化，作出了并不微小的工作。另外，由于鎳鎘電池中使用的鎘毒性很強，所以現(xiàn)在大都被鎳氫電池所替代。目前，在售的鎳氫電池有許多種品牌，是我們周圍最常見的二次電池之一。由于其現(xiàn)售型號與干電池幾乎相同，所以，鎳氫電池越來越多地替代了堿性干電池與鋅錳干電池。

 

 

 

鎳鎘電池

 

 

 

鎳氫電池

 

那么一次性電池為什么就不能充電呢？其實，它們并非完全不能充電。因為所謂的充電，其實就是在電池內(nèi)部發(fā)生與放電反應相反的化學反應，將電池內(nèi)部的成分恢復到使用之前的原先的狀態(tài)。對于堿性干電池和鋅錳干電池來說，在充電反應的過程中，無論如何都會產(chǎn)生氫氣或是氯氣，這些產(chǎn)生的氣體就很難再次利用于放電反應之中了，所以，反復進行幾次充電后就幾乎不能復原了。其實，關于這個問題，我想很多85后朋友應該有生活經(jīng)驗，小時候玩四驅(qū)車，要是買南孚電池或是雙鉆的充電電池那是很貴的，我當時一天就1塊錢零花錢，要是買電池了這不得被揍死么，所以只能買物美價廉的華泰，但是華泰一會就完蛋了，所以也經(jīng)常借有錢同學的充電器一用，充上半小時電，四驅(qū)車就又能風馳電掣了。但是基本上第二次再充就不行了。

 

 

 

另外，一次性電池都是按照一次性用光來設計的，所以它的結構還承受不了充電后產(chǎn)生的氣體的壓力，其結果就是充電后很可能會發(fā)生內(nèi)部壓力升高而導致的爆炸、放熱等一系列意想不到的問題。值得一提的是，現(xiàn)在有些不法商家號稱發(fā)明出了可以給一次性電池充電的充電器，各位老板都不差錢，所以建議大家不要購買，千萬不要為了省點小錢而因小失大。

 

 

 

下面我們來說說電池的容量。電池的容量是用多少多少毫安的電流流過多少小時來表示的，單位記做mAh，mA代表毫安，h代表小時。鎳氫電池上面一般都標記有1000mAh或2500mAh的字樣，這個1000mAh就是指用100毫安的電流能放電10小時。裝載在現(xiàn)在智能手機上的鋰離子電池容量一般在2000-3000mAh，不過，在使用手機時感受到的待機時間，不僅僅由電池的容量來決定，還有非常重要的一點，這就是如何節(jié)能地啟動只能手機內(nèi)部的單元，這就要看不同品牌手機各自的智慧了。

 

 

 

鋰離子電池

 

好了新年開始沒幾天感覺今天又要編不下去了，今天最后一個話題，電池的結構，我們以三種電池為例子來看看電池的結構。

 

 

 

首先是傳統(tǒng)的堿性干電池。堿性干電池以二氧化錳作為正極，以鋅作為負極。電池的負極，是鋅顆粒與作為電解液的氫氧化鉀溶液混合后的糊狀，在這里，鋅釋放出電子變?yōu)殡x子。而在電池的正極，二氧化錳獲得電子和氫離子生成堿式氧化錳。就這樣，電子從容易釋放電子的鋅一側，流向了容易獲得電子的二氧化錳一側，便產(chǎn)生了電流。

 

 

 

堿性干電池結構

 

其次是二次電池的代表鎳氫電池。在電池的負極，儲藏在儲氫合金中的氫丟失電子，變?yōu)闅潆x子，而在電池的正極，堿式氧化鎳結合氫離子，并獲得電子。鎳氫電池的分隔裝置是一塊薄板，它的作用是防止電極處的金屬粉末移動。同時，為了使離子移動，在分隔裝置上還滲入了作為電解液的氫氧化鉀溶液。這樣，氫離子在負極和正極之間轉(zhuǎn)移，就能夠進行充放電。