电池如何为我们的世界提供动力?查看更多 电池图片.

　　电子库存照片/思源想象一下这样一个世界，所有用电的东西都必须插上电源。手电筒、助听器、手机和其他便携式设备将被拴在电源插座上，使它们变得笨拙和笨重。汽车不能通过简单的转动钥匙来启动;需要剧烈的起动才能使活塞移动。电线到处都是，造成安全隐患和难看的混乱。值得庆幸的是，电池为我们提供了一种移动电源，使许多现代便利成为可能。

　　虽然有许多不同类型的电池，但它们的基本概念保持不变。当设备连接到电池时，会发生产生电能的反应。这被称为 电化学反应.意大利物理学家亚历山德罗·沃尔塔伯爵(Count Alessandro Volta)于1799年首次发现了这一过程，当时他用金属板和浸泡盐水的纸板或纸创造了一个简单的电池。从那时起，科学家们大大改进了Volta的原始设计，以制造由多种尺寸的材料制成的电池。

　　今天，电池就在我们身边。它们一次为我们的腕表提供数月的动力。即使停电，他们也能保持我们的闹钟和电话正常工作。他们运行我们的 烟雾探测器、电动剃须刀、电钻、 MP3播放器，恒温器 - 等等。如果您在笔记本电脑上阅读本文，或者 智能手机，您现在甚至可能正在使用电池!但是，由于这些便携式电源组非常普遍，因此很容易将它们视为理所当然。本文将通过探索电池的历史以及使它们工作的基本部件、反应和过程，让您对电池有更深入的了解。因此，请剪断电源线，然后单击我们的信息指南，为您的电池知识充电。

　　电池历史

　　电池的历史可以追溯到1800年。了解电池的历史，并了解丹尼尔电池的构造方式。

　　电池存在的时间比您想象的要长。1938年，考古学家威廉·科尼格(Wilhelm Konig)在今伊拉克巴格达郊外的Khujut Rabu挖掘时发现了一些奇特的陶罐。这些罐子长约5英寸(12.7厘米)，装有一根用铜包裹的铁棒，可追溯到公元前200年左右，测试表明这些容器曾经充满醋或葡萄酒等酸性物质，导致Konig相信这些容器是古老的电池。自从这一发现以来，学者们已经制作了实际上能够产生电荷的罐子的复制品。这些“巴格达电池”可能被用于宗教仪式、药用目的，甚至电镀。

　　1799年，意大利物理学家亚历山德罗·沃尔塔(Alessandro Volta)创造了 第一块电池 通过交替堆叠锌、盐水浸泡的粘贴板或布和银层。这种安排称为 伏打桩，不是第一个发电的设备，但它是第一个发出稳定、持久电流的设备。然而，沃尔特的发明有一些缺点。层可以堆叠的高度是有限的，因为堆的重量会将盐水从粘贴板或布中挤出。金属盘也容易迅速腐蚀，缩短电池的使用寿命。尽管有这些缺点，电动势的SI单位现在被称为伏特，以纪念沃尔特的成就。

　　电池的历史可以追溯到1800年。了解电池的历史，并了解丹尼尔电池的构造方式。

　　电池技术的下一个突破出现在1836年，当时英国化学家约翰·弗雷德里克·丹尼尔发明了 丹尼尔细胞.在这个早期的电池中，将一块铜板放在玻璃罐的底部，并将硫酸铜溶液倒在板上以将罐子装满一半。然后将锌板挂在罐子里，加入硫酸锌溶液。由于硫酸铜比硫酸锌密度大，锌溶液漂浮到铜溶液的顶部并包围锌板。连接到锌板的导线代表负极端子，而从铜板引出的导线是正极端子。显然，这种布置在手电筒中效果不佳，但对于固定应用，它工作得很好。事实上，在发电完善之前，丹尼尔电池是门铃和电话的常用方式。

　　到1898年，哥伦比亚干电池成为第一个在美国销售的商用电池。制造商National Carbon Company后来成为生产劲量品牌的Eveready电池公司

　　电池剖析

　　看看任何电池，你会注意到它有两个 终端.一个端子标记为(+)或正，而另一个端子标记为(-)或负极。在普通手电筒电池中，如 AA、C 或 D 电池，端子位于末端。然而，在 9 伏或汽车电池上，端子彼此相邻地位于设备顶部。如果在两个端子之间连接一根导线，电子将以最快的速度从负端流向正端。这会很快磨损电池，也可能很危险，尤其是在较大的电池上。要正确利用电池产生的电荷，必须将其连接到 负荷.负载可能类似于 电灯泡、电机或电子电路，如 收音机.

　　电池的内部工作原理通常安装在金属或塑料外壳内。在这种情况下，有一个 阴极，连接到正极，以及 阳极，连接到负极端子。这些组件，通常称为 电极，占据电池中的大部分空间，是发生化学反应的地方。一个 分隔符 在阴极和阳极之间形成屏障，防止电极接触，同时允许电荷在它们之间自由流动。允许电荷在阴极和阳极之间流动的介质称为 电解质.最后， 收藏家 将电荷传导到电池外部并通过负载。

　　在下一页中，我们将探讨阴极、阳极、电解质、隔板和集电极如何协同工作以产生电流并保持便携式设备运行良好。

　　电池反应和化学

　　当您将电池放入手电筒、遥控器或其他无线设备时，电池内部会发生很多事情。虽然它们发电的过程因电池而异，但基本思想保持不变。

　　当加载完成 电路 在两个端子之间，电池通过阳极、阴极和电解质之间的一系列电磁反应发电。阳极经历 氧化反应 其中两个或更多 离子 来自电解质的(带电原子或分子)与阳极结合，产生化合物并释放一个或多个电子。同时，阴极经过 还原反应 其中阴极物质、离子和自由电子也结合形成化合物。虽然这个动作听起来很复杂，但实际上非常简单：阳极中的反应产生电子，阴极中的反应吸收它们。净产品是电力。电池将继续发电，直到一个或两个电极耗尽反应发生所需的物质。

　　现代电池使用各种化学物质来为其反应提供动力。常见的电池化学成分包括：

　　锌碳电池：锌碳化学在许多廉价的AAA，AA，C和D干电池中很常见。阳极是 锌，阴极为二氧化锰，电解质为氯化铵或氯化锌。

　　碱性电池：这种化学成分在AA，C和D干电池中也很常见。阴极由二氧化锰混合物组成，而阳极是锌粉。它的名字来自氢氧化钾电解质，这是一种碱性物质。

　　锂离子电池(可充电)：锂化学通常用于高性能设备，如手机、数码相机甚至电动汽车。锂电池中使用了多种物质，但常见的组合是钴酸锂阴极和碳阳极。

　　铅酸电池(可充电)：这是典型汽车电池中使用的化学成分。电极通常由二氧化铅和金属铅制成，而电解质是硫酸溶液。

　　了解这些反应的最好方法是亲眼看看。转到下一页进行一些动手电池实验。

　　由空气提供动力?

　　研究人员目前正在开发一种电池，其中的电极将是锂，令人惊讶的是，空气中的氧气。这样的进步将大大减轻电池重量，并且可能拥有传统锂离子电池能量的5到10倍。虽然这项技术仍有许多障碍需要克服，但它有朝一日可能会彻底改变电动汽车行业。

　　电池实验：伏打桩

　　如果你想了解更多关于电池中发生的电化学反应的信息，你实际上可以使用简单的家用材料自己建造一个。在开始之前你应该买的一件事是便宜的($10到$ 20) 伏特欧姆表 在您当地的电子产品或五金店。确保测量仪可以读取低电压(在 1 伏范围内)和低电流(在 5 到 10 毫安范围内)。有了这个设备，您将能够准确地看到电池的性能。

　　您可以使用四分之一，箔纸，吸墨纸，苹果醋和盐创建自己的伏打桩。将箔纸和吸墨纸切成圆圈，然后将吸墨纸浸泡在苹果醋和盐的混合物中。使用遮蔽胶带，附加 铜 连接到其中一个铝箔盘。现在按此顺序堆叠材料：箔、纸、四分之一、箔、纸、四分之一，依此类推，直到您重复该模式 10 次。一旦最后一枚硬币在堆栈上，用遮蔽胶带将电线连接到它。最后，将两根电线的自由端连接到 发光二极管，应该亮起。在这个实验中，四分之一中的铜是阴极，箔是阳极，苹果醋盐溶液是电解质，吸墨纸是分离器。

　　自制电池也可以由铜线、回形针和柠檬制成。首先，剪一根短铜线，拉直回形针。使用砂纸磨平任一金属末端的任何粗糙部件。接下来，通过在桌子上滚动柠檬来轻轻挤压柠檬，但要注意不要破皮。将铜线和回形针推入柠檬中，确保它们尽可能靠近而不会实际接触。最后，将伏欧表连接到回形针和铜线的末端，看看电池产生的电压和电流。

　　到目前为止，您应该已经熟悉电池放电的基本原理。

　　加语S vs. 电动

　　尽管存在种种缺点，但汽油仍然是汽车的主要燃料。为什么电池没有流行起来?最大的问题之一是能量密度 - 燃料可以存储的能量与其重量的关系，以每公斤瓦特小时为单位。汽油的能量密度约为每公斤13，000瓦时，而目前最好的锂离子电池每公斤只能容纳200瓦时

　　可充电电池

　　随着便携式设备的兴起，例如 笔记本 电脑, 手机, MP3播放器 和无绳电动工具，近年来对可充电电池的需求大幅增长。可充电电池自1859年以来一直存在，当时法国物理学家加斯顿·普兰特(Gaston Plante)发明了铅酸电池。普兰特电池具有铅阳极、二氧化铅阴极和硫酸电解质，是现代汽车电池的前身。

　　不可充电电池，或 原代细胞和可充电电池，或 二次细胞，以完全相同的方式产生电流：通过涉及阳极、阴极和电解质的电化学反应。然而，在可充电电池中，反应是可逆的。当来自外部来源的电能施加到二次电池时，放电过程中发生的负电子流到正电子流被逆转，电池的电荷被恢复。当今市场上最常见的可充电电池是 锂离子 (狮子)，虽然 镍氢 (镍氢)和 镍镉 (NiCd)电池也曾经非常普遍。

　　当谈到可充电电池时，并非所有电池都是平等的。镍镉电池是首批广泛使用的二次电池之一，但它们遇到了一个不方便的问题，称为 记忆效应.基本上，如果这些电池每次使用时都没有完全放电，它们很快就会失去容量。镍镉电池在很大程度上被淘汰，取而代之的是镍氢电池。这些二级细胞具有更高的容量，并且仅受记忆效应的影响很小，但它们的保质期不是很好。与镍氢电池一样，LiOn电池的使用寿命很长，但它们可以更好地保持电荷，在更高的电压下运行，并且采用更小，更轻的包装。基本上，现在制造的所有高质量便携式技术都利用了这项技术。然而，LiOn电池目前没有标准尺寸，如AAA，AA，C或D，而且它们比旧的同类产品贵得多。

　　使用镍镉和镍氢电池，充电可能很棘手。您必须小心不要过度充电，因为这可能会导致容量下降。为了防止这种情况发生，一些充电器会切换到涓流充电，或者在充电完成后直接关闭。镍镉和镍氢电池也必须修复，这意味着您应该每隔一段时间完全放电并再次充电，以尽量减少容量损失。另一方面，LiOn电池具有复杂的充电器，可防止过度充电，并且永远不需要翻新。

　　即使是可充电电池最终也会耗尽，尽管可能需要数百次充电才能发生这种情况。当它们最终分发时，请务必将它们丢弃在回收设施中。

　　接下来，我们来看看电池排列。

　　电池排列和电源

　　电池排列决定电压和电流。查看串行电池排列、并联排列以及最大电流是多少。

　　在许多使用电池的设备中 - 例如便携式 收音机 和手电筒 - 你一次只使用一个细胞。您通常将它们组合在一起 串行 安排 以增加 电压 或在 平行排列 以增加 当前.该图显示了这两种安排。

　　上图显示了一个 平行排列.并联的四个电池将共同产生一个电池的电压，但它们提供的电流将是单个电池的四倍。 当前 是电荷通过的速率 电路，并以安培为单位。电池的额定值为安培小时，或者，对于较小的家用电池，则为毫安小时 (mAH)。额定功率为 500 毫安小时的典型家用电池应该能够为负载提供 500 毫安的电流一小时。您可以通过许多不同的方式对毫安小时额定值进行切片和切块。一个 500 毫安小时的电池也可以产生 5 毫安的 100 小时，10 毫安的 50 小时，或者理论上，1，000 毫安的 30 分钟。一般来说，安培小时额定值较高的电池具有更大的容量。

　　下图描绘了一个 串行排列.串联的四个电池将共同产生一个电池的电流，但它们提供的电压将是单个电池的四倍。 电压 是每单位电荷能量的量度，以伏特为单位。在电池中，电压决定了电子通过电路的强度，就像压力决定了水通过软管的强度一样。大多数 AAA、AA、C 和 D 电池的电压约为 1.5 伏。

　　想象一下，图中所示的电池额定电压为 1.5 伏，500 毫安时。四个并联排列的电池将在 2，000 毫安时时产生 1.5 伏电压。串联排列的四个电池将在 6 毫安时产生 500 伏的电压。

　　自伏打桩时代以来，电池技术取得了长足的进步。这些发展清楚地反映在我们快节奏的便携式世界中，它比以往任何时候都更加依赖电池提供的便携式电源。人们只能想象下一代更小、更强大、更持久的电池将带来什么。

　　电池常见问题

　　什么是电池能量?

　　电池中的能量以瓦特小时(符号 Wh)表示，即电池提供的电压 (V) 乘以它在给定时间(通常以小时为单位)内可以提供的电流 (安培)。

　　电池有哪些不同类型?

　　常见的电池化学成分(或类型)包括：锌碳、碱性、锂离子(可充电)和铅酸(也可充电)。研究人员目前正在开发一种“空气”电池，其中电极将是来自空气中的锂和氧气。

　　汽车电池多少钱?

　　预计为典型的汽车电池支付 50 至 120 美元，为具有更长保修期、更好的寒冷天气性能或用于豪华车的电池支付 90-200 美元或更多。

　　电池的能量来源是什么?

　　电池通过电化学反应产生能量。简单地说，阳极中的反应产生电子，阴极中的反应吸收它们。净产品是电力。

　　充电电池是什么类型?

　　市场上最常见的可充电电池是锂离子(LiOn)，尽管镍氢(NiMH)和镍镉(NiCd)电池过去也很普遍。