電池如何為我們的世界提供動力?查看更多 電池圖片.

　　電子庫存照片/思源想象一下這樣一個世界，所有用電的東西都必須插上電源。手電筒、助聽器、手機和其他便攜式設備將被拴在電源插座上，使它們變得笨拙和笨重。汽車不能通過簡單的轉動鑰匙來啟動;需要劇烈的起動才能使活塞移動。電線到處都是，造成安全隱患和難看的混亂。值得慶幸的是，電池為我們提供了一種移動電源，使許多現(xiàn)代便利成為可能。

　　雖然有許多不同類型的電池，但它們的基本概念保持不變。當設備連接到電池時，會發(fā)生產(chǎn)生電能的反應。這被稱為 電化學反應.意大利物理學家亞歷山德羅·沃爾塔伯爵(Count Alessandro Volta)于1799年首次發(fā)現(xiàn)了這一過程，當時他用金屬板和浸泡鹽水的紙板或紙創(chuàng)造了一個簡單的電池。從那時起，科學家們大大改進了Volta的原始設計，以制造由多種尺寸的材料制成的電池。

　　今天，電池就在我們身邊。它們一次為我們的腕表提供數(shù)月的動力。即使停電，他們也能保持我們的鬧鐘和電話正常工作。他們運行我們的 煙霧探測器、電動剃須刀、電鉆、 MP3播放器，恒溫器 - 等等。如果您在筆記本電腦上閱讀本文，或者 智能手機，您現(xiàn)在甚至可能正在使用電池!但是，由于這些便攜式電源組非常普遍，因此很容易將它們視為理所當然。本文將通過探索電池的歷史以及使它們工作的基本部件、反應和過程，讓您對電池有更深入的了解。因此，請剪斷電源線，然后單擊我們的信息指南，為您的電池知識充電。

　　電池歷史

　　電池的歷史可以追溯到1800年。了解電池的歷史，并了解丹尼爾電池的構造方式。

　　電池存在的時間比您想象的要長。1938年，考古學家威廉·科尼格(Wilhelm Konig)在今伊拉克巴格達郊外的Khujut Rabu挖掘時發(fā)現(xiàn)了一些奇特的陶罐。這些罐子長約5英寸(12.7厘米)，裝有一根用銅包裹的鐵棒，可追溯到公元前200年左右，測試表明這些容器曾經(jīng)充滿醋或葡萄酒等酸性物質，導致Konig相信這些容器是古老的電池。自從這一發(fā)現(xiàn)以來，學者們已經(jīng)制作了實際上能夠產(chǎn)生電荷的罐子的復制品。這些“巴格達電池”可能被用于宗教儀式、藥用目的，甚至電鍍。

　　1799年，意大利物理學家亞歷山德羅·沃爾塔(Alessandro Volta)創(chuàng)造了 第一塊電池 通過交替堆疊鋅、鹽水浸泡的粘貼板或布和銀層。這種安排稱為 伏打樁，不是第一個發(fā)電的設備，但它是第一個發(fā)出穩(wěn)定、持久電流的設備。然而，沃爾特的發(fā)明有一些缺點。層可以堆疊的高度是有限的，因為堆的重量會將鹽水從粘貼板或布中擠出。金屬盤也容易迅速腐蝕，縮短電池的使用壽命。盡管有這些缺點，電動勢的SI單位現(xiàn)在被稱為伏特，以紀念沃爾特的成就。

　　電池的歷史可以追溯到1800年。了解電池的歷史，并了解丹尼爾電池的構造方式。

　　電池技術的下一個突破出現(xiàn)在1836年，當時英國化學家約翰·弗雷德里克·丹尼爾發(fā)明了 丹尼爾細胞.在這個早期的電池中，將一塊銅板放在玻璃罐的底部，并將硫酸銅溶液倒在板上以將罐子裝滿一半。然后將鋅板掛在罐子里，加入硫酸鋅溶液。由于硫酸銅比硫酸鋅密度大，鋅溶液漂浮到銅溶液的頂部并包圍鋅板。連接到鋅板的導線代表負極端子，而從銅板引出的導線是正極端子。顯然，這種布置在手電筒中效果不佳，但對于固定應用，它工作得很好。事實上，在發(fā)電完善之前，丹尼爾電池是門鈴和電話的常用方式。

　　到1898年，哥倫比亞干電池成為第一個在美國銷售的商用電池。制造商National Carbon Company后來成為生產(chǎn)勁量品牌的Eveready電池公司

　　電池剖析

　　看看任何電池，你會注意到它有兩個 終端.一個端子標記為(+)或正，而另一個端子標記為(-)或負極。在普通手電筒電池中，如 AA、C 或 D 電池，端子位于末端。然而，在 9 伏或汽車電池上，端子彼此相鄰地位于設備頂部。如果在兩個端子之間連接一根導線，電子將以最快的速度從負端流向正端。這會很快磨損電池，也可能很危險，尤其是在較大的電池上。要正確利用電池產(chǎn)生的電荷，必須將其連接到 負荷.負載可能類似于 電燈泡、電機或電子電路，如 收音機.

　　電池的內部工作原理通常安裝在金屬或塑料外殼內。在這種情況下，有一個 陰極，連接到正極，以及 陽極，連接到負極端子。這些組件，通常稱為 電極，占據(jù)電池中的大部分空間，是發(fā)生化學反應的地方。一個 分隔符 在陰極和陽極之間形成屏障，防止電極接觸，同時允許電荷在它們之間自由流動。允許電荷在陰極和陽極之間流動的介質稱為 電解質.最后， 收藏家 將電荷傳導到電池外部并通過負載。

　　在下一頁中，我們將探討陰極、陽極、電解質、隔板和集電極如何協(xié)同工作以產(chǎn)生電流并保持便攜式設備運行良好。

　　電池反應和化學

　　當您將電池放入手電筒、遙控器或其他無線設備時，電池內部會發(fā)生很多事情。雖然它們發(fā)電的過程因電池而異，但基本思想保持不變。

　　當加載完成 電路 在兩個端子之間，電池通過陽極、陰極和電解質之間的一系列電磁反應發(fā)電。陽極經(jīng)歷 氧化反應 其中兩個或更多 離子 來自電解質的(帶電原子或分子)與陽極結合，產(chǎn)生化合物并釋放一個或多個電子。同時，陰極經(jīng)過 還原反應 其中陰極物質、離子和自由電子也結合形成化合物。雖然這個動作聽起來很復雜，但實際上非常簡單：陽極中的反應產(chǎn)生電子，陰極中的反應吸收它們。凈產(chǎn)品是電力。電池將繼續(xù)發(fā)電，直到一個或兩個電極耗盡反應發(fā)生所需的物質。

　　現(xiàn)代電池使用各種化學物質來為其反應提供動力。常見的電池化學成分包括：

　　鋅碳電池：鋅碳化學在許多廉價的AAA，AA，C和D干電池中很常見。陽極是 鋅，陰極為二氧化錳，電解質為氯化銨或氯化鋅。

　　堿性電池：這種化學成分在AA，C和D干電池中也很常見。陰極由二氧化錳混合物組成，而陽極是鋅粉。它的名字來自氫氧化鉀電解質，這是一種堿性物質。

　　鋰離子電池(可充電)：鋰化學通常用于高性能設備，如手機、數(shù)碼相機甚至電動汽車。鋰電池中使用了多種物質，但常見的組合是鈷酸鋰陰極和碳陽極。

　　鉛酸電池(可充電)：這是典型汽車電池中使用的化學成分。電極通常由二氧化鉛和金屬鉛制成，而電解質是硫酸溶液。

　　了解這些反應的最好方法是親眼看看。轉到下一頁進行一些動手電池實驗。

　　由空氣提供動力?

　　研究人員目前正在開發(fā)一種電池，其中的電極將是鋰，令人驚訝的是，空氣中的氧氣。這樣的進步將大大減輕電池重量，并且可能擁有傳統(tǒng)鋰離子電池能量的5到10倍。雖然這項技術仍有許多障礙需要克服，但它有朝一日可能會徹底改變電動汽車行業(yè)。

　　電池實驗：伏打樁

　　如果你想了解更多關于電池中發(fā)生的電化學反應的信息，你實際上可以使用簡單的家用材料自己建造一個。在開始之前你應該買的一件事是便宜的($10到$ 20) 伏特歐姆表 在您當?shù)氐碾娮赢a(chǎn)品或五金店。確保測量儀可以讀取低電壓(在 1 伏范圍內)和低電流(在 5 到 10 毫安范圍內)。有了這個設備，您將能夠準確地看到電池的性能。

　　您可以使用四分之一，箔紙，吸墨紙，蘋果醋和鹽創(chuàng)建自己的伏打樁。將箔紙和吸墨紙切成圓圈，然后將吸墨紙浸泡在蘋果醋和鹽的混合物中。使用遮蔽膠帶，附加 銅 連接到其中一個鋁箔盤?，F(xiàn)在按此順序堆疊材料：箔、紙、四分之一、箔、紙、四分之一，依此類推，直到您重復該模式 10 次。一旦最后一枚硬幣在堆棧上，用遮蔽膠帶將電線連接到它。最后，將兩根電線的自由端連接到 發(fā)光二極管，應該亮起。在這個實驗中，四分之一中的銅是陰極，箔是陽極，蘋果醋鹽溶液是電解質，吸墨紙是分離器。

　　自制電池也可以由銅線、回形針和檸檬制成。首先，剪一根短銅線，拉直回形針。使用砂紙磨平任一金屬末端的任何粗糙部件。接下來，通過在桌子上滾動檸檬來輕輕擠壓檸檬，但要注意不要破皮。將銅線和回形針推入檸檬中，確保它們盡可能靠近而不會實際接觸。最后，將伏歐表連接到回形針和銅線的末端，看看電池產(chǎn)生的電壓和電流。

　　到目前為止，您應該已經(jīng)熟悉電池放電的基本原理。

　　加語S vs. 電動

　　盡管存在種種缺點，但汽油仍然是汽車的主要燃料。為什么電池沒有流行起來?最大的問題之一是能量密度 - 燃料可以存儲的能量與其重量的關系，以每公斤瓦特小時為單位。汽油的能量密度約為每公斤13，000瓦時，而目前最好的鋰離子電池每公斤只能容納200瓦時

　　可充電電池

　　隨著便攜式設備的興起，例如 筆記本 電腦, 手機, MP3播放器 和無繩電動工具，近年來對可充電電池的需求大幅增長?？沙潆婋姵刈?859年以來一直存在，當時法國物理學家加斯頓·普蘭特(Gaston Plante)發(fā)明了鉛酸電池。普蘭特電池具有鉛陽極、二氧化鉛陰極和硫酸電解質，是現(xiàn)代汽車電池的前身。

　　不可充電電池，或 原代細胞和可充電電池，或 二次細胞，以完全相同的方式產(chǎn)生電流：通過涉及陽極、陰極和電解質的電化學反應。然而，在可充電電池中，反應是可逆的。當來自外部來源的電能施加到二次電池時，放電過程中發(fā)生的負電子流到正電子流被逆轉，電池的電荷被恢復。當今市場上最常見的可充電電池是 鋰離子 (獅子)，雖然 鎳氫 (鎳氫)和 鎳鎘 (NiCd)電池也曾經(jīng)非常普遍。

　　當談到可充電電池時，并非所有電池都是平等的。鎳鎘電池是首批廣泛使用的二次電池之一，但它們遇到了一個不方便的問題，稱為 記憶效應.基本上，如果這些電池每次使用時都沒有完全放電，它們很快就會失去容量。鎳鎘電池在很大程度上被淘汰，取而代之的是鎳氫電池。這些二級細胞具有更高的容量，并且僅受記憶效應的影響很小，但它們的保質期不是很好。與鎳氫電池一樣，LiOn電池的使用壽命很長，但它們可以更好地保持電荷，在更高的電壓下運行，并且采用更小，更輕的包裝?；旧?，現(xiàn)在制造的所有高質量便攜式技術都利用了這項技術。然而，LiOn電池目前沒有標準尺寸，如AAA，AA，C或D，而且它們比舊的同類產(chǎn)品貴得多。

　　使用鎳鎘和鎳氫電池，充電可能很棘手。您必須小心不要過度充電，因為這可能會導致容量下降。為了防止這種情況發(fā)生，一些充電器會切換到涓流充電，或者在充電完成后直接關閉。鎳鎘和鎳氫電池也必須修復，這意味著您應該每隔一段時間完全放電并再次充電，以盡量減少容量損失。另一方面，LiOn電池具有復雜的充電器，可防止過度充電，并且永遠不需要翻新。

　　即使是可充電電池最終也會耗盡，盡管可能需要數(shù)百次充電才能發(fā)生這種情況。當它們最終分發(fā)時，請務必將它們丟棄在回收設施中。

　　接下來，我們來看看電池排列。

　　電池排列和電源

　　電池排列決定電壓和電流。查看串行電池排列、并聯(lián)排列以及最大電流是多少。

　　在許多使用電池的設備中 - 例如便攜式 收音機 和手電筒 - 你一次只使用一個細胞。您通常將它們組合在一起 串行 安排 以增加 電壓 或在 平行排列 以增加 當前.該圖顯示了這兩種安排。

　　上圖顯示了一個 平行排列.并聯(lián)的四個電池將共同產(chǎn)生一個電池的電壓，但它們提供的電流將是單個電池的四倍。 當前 是電荷通過的速率 電路，并以安培為單位。電池的額定值為安培小時，或者，對于較小的家用電池，則為毫安小時 (mAH)。額定功率為 500 毫安小時的典型家用電池應該能夠為負載提供 500 毫安的電流一小時。您可以通過許多不同的方式對毫安小時額定值進行切片和切塊。一個 500 毫安小時的電池也可以產(chǎn)生 5 毫安的 100 小時，10 毫安的 50 小時，或者理論上，1，000 毫安的 30 分鐘。一般來說，安培小時額定值較高的電池具有更大的容量。

　　下圖描繪了一個 串行排列.串聯(lián)的四個電池將共同產(chǎn)生一個電池的電流，但它們提供的電壓將是單個電池的四倍。 電壓 是每單位電荷能量的量度，以伏特為單位。在電池中，電壓決定了電子通過電路的強度，就像壓力決定了水通過軟管的強度一樣。大多數(shù) AAA、AA、C 和 D 電池的電壓約為 1.5 伏。

　　想象一下，圖中所示的電池額定電壓為 1.5 伏，500 毫安時。四個并聯(lián)排列的電池將在 2，000 毫安時時產(chǎn)生 1.5 伏電壓。串聯(lián)排列的四個電池將在 6 毫安時產(chǎn)生 500 伏的電壓。

　　自伏打樁時代以來，電池技術取得了長足的進步。這些發(fā)展清楚地反映在我們快節(jié)奏的便攜式世界中，它比以往任何時候都更加依賴電池提供的便攜式電源。人們只能想象下一代更小、更強大、更持久的電池將帶來什么。

　　電池常見問題

　　什么是電池能量?

　　電池中的能量以瓦特小時(符號 Wh)表示，即電池提供的電壓 (V) 乘以它在給定時間(通常以小時為單位)內可以提供的電流 (安培)。

　　電池有哪些不同類型?

　　常見的電池化學成分(或類型)包括：鋅碳、堿性、鋰離子(可充電)和鉛酸(也可充電)。研究人員目前正在開發(fā)一種“空氣”電池，其中電極將是來自空氣中的鋰和氧氣。

　　汽車電池多少錢?

　　預計為典型的汽車電池支付 50 至 120 美元，為具有更長保修期、更好的寒冷天氣性能或用于豪華車的電池支付 90-200 美元或更多。

　　電池的能量來源是什么?

　　電池通過電化學反應產(chǎn)生能量。簡單地說，陽極中的反應產(chǎn)生電子，陰極中的反應吸收它們。凈產(chǎn)品是電力。

　　充電電池是什么類型?

　　市場上最常見的可充電電池是鋰離子(LiOn)，盡管鎳氫(NiMH)和鎳鎘(NiCd)電池過去也很普遍。