電池如何為我們的世界提供動(dòng)力?查看更多 電池圖片.

　　電子庫(kù)存照片/思源想象一下這樣一個(gè)世界，所有用電的東西都必須插上電源。手電筒、助聽(tīng)器、手機(jī)和其他便攜式設(shè)備將被拴在電源插座上，使它們變得笨拙和笨重。汽車(chē)不能通過(guò)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙來(lái)啟動(dòng);需要?jiǎng)×业钠饎?dòng)才能使活塞移動(dòng)。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(dòng)電源，使許多現(xiàn)代便利成為可能。

　　雖然有許多不同類(lèi)型的電池，但它們的基本概念保持不變。當(dāng)設(shè)備連接到電池時(shí)，會(huì)發(fā)生產(chǎn)生電能的反應(yīng)。這被稱為 電化學(xué)反應(yīng).意大利物理學(xué)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(guò)程，當(dāng)時(shí)他用金屬板和浸泡鹽水的紙板或紙創(chuàng)造了一個(gè)簡(jiǎn)單的電池。從那時(shí)起，科學(xué)家們大大改進(jìn)了Volta的原始設(shè)計(jì)，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(dòng)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(yùn)行我們的 煙霧探測(cè)器、電動(dòng)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(jī)，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(dāng)然。本文將通過(guò)探索電池的歷史以及使它們工作的基本部件、反應(yīng)和過(guò)程，讓您對(duì)電池有更深入的了解。因此，請(qǐng)剪斷電源線，然后單擊我們的信息指南，為您的電池知識(shí)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(gòu)造方式。

　　電池存在的時(shí)間比您想象的要長(zhǎng)。1938年，考古學(xué)家威廉·科尼格(Wilhelm Konig)在今伊拉克巴格達(dá)郊外的Khujut Rabu挖掘時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些奇特的陶罐。這些罐子長(zhǎng)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(cè)試表明這些容器曾經(jīng)充滿醋或葡萄酒等酸性物質(zhì)，導(dǎo)致Konig相信這些容器是古老的電池。自從這一發(fā)現(xiàn)以來(lái)，學(xué)者們已經(jīng)制作了實(shí)際上能夠產(chǎn)生電荷的罐子的復(fù)制品。這些“巴格達(dá)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(xué)家亞歷山德羅·沃爾塔(Alessandro Volta)創(chuàng)造了 第一塊電池 通過(guò)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(gè)發(fā)電的設(shè)備，但它是第一個(gè)發(fā)出穩(wěn)定、持久電流的設(shè)備。然而，沃爾特的發(fā)明有一些缺點(diǎn)。層可以堆疊的高度是有限的，因?yàn)槎训闹亓繒?huì)將鹽水從粘貼板或布中擠出。金屬盤(pán)也容易迅速腐蝕，縮短電池的使用壽命。盡管有這些缺點(diǎn)，電動(dòng)勢(shì)的SI單位現(xiàn)在被稱為伏特，以紀(jì)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(gòu)造方式。

　　電池技術(shù)的下一個(gè)突破出現(xiàn)在1836年，當(dāng)時(shí)英國(guó)化學(xué)家約翰·弗雷德里克·丹尼爾發(fā)明了 丹尼爾細(xì)胞.在這個(gè)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(dǎo)線代表負(fù)極端子，而從銅板引出的導(dǎo)線是正極端子。顯然，這種布置在手電筒中效果不佳，但對(duì)于固定應(yīng)用，它工作得很好。事實(shí)上，在發(fā)電完善之前，丹尼爾電池是門(mén)鈴和電話的常用方式。

　　到1898年，哥倫比亞干電池成為第一個(gè)在美國(guó)銷(xiāo)售的商用電池。制造商N(yùn)ational Carbon Company后來(lái)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(huì)注意到它有兩個(gè) 終端.一個(gè)端子標(biāo)記為(+)或正，而另一個(gè)端子標(biāo)記為(-)或負(fù)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(chē)電池上，端子彼此相鄰地位于設(shè)備頂部。如果在兩個(gè)端子之間連接一根導(dǎo)線，電子將以最快的速度從負(fù)端流向正端。這會(huì)很快磨損電池，也可能很危險(xiǎn)，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(fù)荷.負(fù)載可能類(lèi)似于 電燈泡、電機(jī)或電子電路，如 收音機(jī).

　　電池的內(nèi)部工作原理通常安裝在金屬或塑料外殼內(nèi)。在這種情況下，有一個(gè) 陰極，連接到正極，以及 陽(yáng)極，連接到負(fù)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(xué)反應(yīng)的地方。一個(gè) 分隔符 在陰極和陽(yáng)極之間形成屏障，防止電極接觸，同時(shí)允許電荷在它們之間自由流動(dòng)。允許電荷在陰極和陽(yáng)極之間流動(dòng)的介質(zhì)稱為 電解質(zhì).最后， 收藏家 將電荷傳導(dǎo)到電池外部并通過(guò)負(fù)載。

　　在下一頁(yè)中，我們將探討陰極、陽(yáng)極、電解質(zhì)、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(shè)備運(yùn)行良好。

　　電池反應(yīng)和化學(xué)

　　當(dāng)您將電池放入手電筒、遙控器或其他無(wú)線設(shè)備時(shí)，電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生很多事情。雖然它們發(fā)電的過(guò)程因電池而異，但基本思想保持不變。

　　當(dāng)加載完成 電路 在兩個(gè)端子之間，電池通過(guò)陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)之間的一系列電磁反應(yīng)發(fā)電。陽(yáng)極經(jīng)歷 氧化反應(yīng) 其中兩個(gè)或更多 離子 來(lái)自電解質(zhì)的(帶電原子或分子)與陽(yáng)極結(jié)合，產(chǎn)生化合物并釋放一個(gè)或多個(gè)電子。同時(shí)，陰極經(jīng)過(guò) 還原反應(yīng) 其中陰極物質(zhì)、離子和自由電子也結(jié)合形成化合物。雖然這個(gè)動(dòng)作聽(tīng)起來(lái)很復(fù)雜，但實(shí)際上非常簡(jiǎn)單：陽(yáng)極中的反應(yīng)產(chǎn)生電子，陰極中的反應(yīng)吸收它們。凈產(chǎn)品是電力。電池將繼續(xù)發(fā)電，直到一個(gè)或兩個(gè)電極耗盡反應(yīng)發(fā)生所需的物質(zhì)。

　　現(xiàn)代電池使用各種化學(xué)物質(zhì)來(lái)為其反應(yīng)提供動(dòng)力。常見(jiàn)的電池化學(xué)成分包括：

　　鋅碳電池：鋅碳化學(xué)在許多廉價(jià)的AAA，AA，C和D干電池中很常見(jiàn)。陽(yáng)極是 鋅，陰極為二氧化錳，電解質(zhì)為氯化銨或氯化鋅。

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

　　鋰離子電池(可充電)：鋰化學(xué)通常用于高性能設(shè)備，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)甚至電動(dòng)汽車(chē)。鋰電池中使用了多種物質(zhì)，但常見(jiàn)的組合是鈷酸鋰陰極和碳陽(yáng)極。

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

　　了解這些反應(yīng)的最好方法是親眼看看。轉(zhuǎn)到下一頁(yè)進(jìn)行一些動(dòng)手電池實(shí)驗(yàn)。

　　由空氣提供動(dòng)力?

　　研究人員目前正在開(kāi)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(jìn)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(xiàng)技術(shù)仍有許多障礙需要克服，但它有朝一日可能會(huì)徹底改變電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)。

　　電池實(shí)驗(yàn)：伏打樁

　　如果你想了解更多關(guān)于電池中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)的信息，你實(shí)際上可以使用簡(jiǎn)單的家用材料自己建造一個(gè)。在開(kāi)始之前你應(yīng)該買(mǎi)的一件事是便宜的($10到$ 20) 伏特歐姆表 在您當(dāng)?shù)氐碾娮赢a(chǎn)品或五金店。確保測(cè)量?jī)x可以讀取低電壓(在 1 伏范圍內(nèi))和低電流(在 5 到 10 毫安范圍內(nèi))。有了這個(gè)設(shè)備，您將能夠準(zhǔn)確地看到電池的性能。

　　您可以使用四分之一，箔紙，吸墨紙，蘋(píng)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(píng)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(gè)鋁箔盤(pán)?，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(lèi)推，直到您重復(fù)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(yīng)該亮起。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，四分之一中的銅是陰極，箔是陽(yáng)極，蘋(píng)果醋鹽溶液是電解質(zhì)，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(lái)，通過(guò)在桌子上滾動(dòng)檸檬來(lái)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(huì)實(shí)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(yīng)該已經(jīng)熟悉電池放電的基本原理。

　　加語(yǔ)S vs. 電動(dòng)

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

　　可充電電池

　　隨著便攜式設(shè)備的興起，例如 筆記本 電腦, 手機(jī), MP3播放器 和無(wú)繩電動(dòng)工具，近年來(lái)對(duì)可充電電池的需求大幅增長(zhǎng)?？沙潆婋姵刈?859年以來(lái)一直存在，當(dāng)時(shí)法國(guó)物理學(xué)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(yáng)極、二氧化鉛陰極和硫酸電解質(zhì)，是現(xiàn)代汽車(chē)電池的前身。

　　不可充電電池，或 原代細(xì)胞和可充電電池，或 二次細(xì)胞，以完全相同的方式產(chǎn)生電流：通過(guò)涉及陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)。然而，在可充電電池中，反應(yīng)是可逆的。當(dāng)來(lái)自外部來(lái)源的電能施加到二次電池時(shí)，放電過(guò)程中發(fā)生的負(fù)電子流到正電子流被逆轉(zhuǎn)，電池的電荷被恢復(fù)。當(dāng)今市場(chǎng)上最常見(jiàn)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(dāng)談到可充電電池時(shí)，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(gè)不方便的問(wèn)題，稱為 記憶效應(yīng).基本上，如果這些電池每次使用時(shí)都沒(méi)有完全放電，它們很快就會(huì)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(jí)細(xì)胞具有更高的容量，并且僅受記憶效應(yīng)的影響很小，但它們的保質(zhì)期不是很好。與鎳氫電池一樣，LiOn電池的使用壽命很長(zhǎng)，但它們可以更好地保持電荷，在更高的電壓下運(yùn)行，并且采用更小，更輕的包裝?；旧希F(xiàn)在制造的所有高質(zhì)量便攜式技術(shù)都利用了這項(xiàng)技術(shù)。然而，LiOn電池目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，如AAA，AA，C或D，而且它們比舊的同類(lèi)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(guò)度充電，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致容量下降。為了防止這種情況發(fā)生，一些充電器會(huì)切換到涓流充電，或者在充電完成后直接關(guān)閉。鎳鎘和鎳氫電池也必須修復(fù)，這意味著您應(yīng)該每隔一段時(shí)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(fù)雜的充電器，可防止過(guò)度充電，并且永遠(yuǎn)不需要翻新。

　　即使是可充電電池最終也會(huì)耗盡，盡管可能需要數(shù)百次充電才能發(fā)生這種情況。當(dāng)它們最終分發(fā)時(shí)，請(qǐng)務(wù)必將它們丟棄在回收設(shè)施中。

　　接下來(lái)，我們來(lái)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(shè)備中 - 例如便攜式 收音機(jī) 和手電筒 - 你一次只使用一個(gè)細(xì)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(dāng)前.該圖顯示了這兩種安排。

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

　　下圖描繪了一個(gè) 串行排列.串聯(lián)的四個(gè)電池將共同產(chǎn)生一個(gè)電池的電流，但它們提供的電壓將是單個(gè)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(guò)電路的強(qiáng)度，就像壓力決定了水通過(guò)軟管的強(qiáng)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(shí)。四個(gè)并聯(lián)排列的電池將在 2，000 毫安時(shí)時(shí)產(chǎn)生 1.5 伏電壓。串聯(lián)排列的四個(gè)電池將在 6 毫安時(shí)產(chǎn)生 500 伏的電壓。

　　自伏打樁時(shí)代以來(lái)，電池技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)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(shí)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(qiáng)大、更持久的電池將帶來(lái)什么。

　　電池常見(jiàn)問(wèn)題

　　什么是電池能量?

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

　　電池有哪些不同類(lèi)型?

　　常見(jiàn)的電池化學(xué)成分(或類(lèi)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(kāi)發(fā)一種“空氣”電池，其中電極將是來(lái)自空氣中的鋰和氧氣。

　　汽車(chē)電池多少錢(qián)?

　　預(yù)計(jì)為典型的汽車(chē)電池支付 50 至 120 美元，為具有更長(zhǎng)保修期、更好的寒冷天氣性能或用于豪華車(chē)的電池支付 90-200 美元或更多。

　　電池的能量來(lái)源是什么?

　　電池通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生能量。簡(jiǎn)單地說(shuō)，陽(yáng)極中的反應(yīng)產(chǎn)生電子，陰極中的反應(yīng)吸收它們。凈產(chǎn)品是電力。

　　充電電池是什么類(lèi)型?

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