電池在我們今天的生活中無處不在以至于幾乎被我們忽視。然而，它們卻是漫長(zhǎng)而傳奇歷史中的一項(xiàng)卓越發(fā)明，而且它們也擁有同樣精彩的未來。
電池實(shí)際上是一個(gè)將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。基本上，電池是小型化學(xué)反應(yīng)器，隨著化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生高能電子，時(shí)刻準(zhǔn)備流向外部設(shè)備。
電池已經(jīng)伴隨了我們相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。1938年巴格達(dá)博物館主任在博物館地下室發(fā)現(xiàn)了一個(gè)電池，現(xiàn)在被稱為“巴格達(dá)電池”。據(jù)分析它的起源時(shí)間和地點(diǎn)可以追溯到公元前250年的美索不達(dá)米亞。
關(guān)于這個(gè)最早的電池學(xué)術(shù)界存在不少爭(zhēng)議，它的具體用途也包括電鍍，緩解疼痛或一種宗教懲罰等不同說法。
美國科學(xué)家和發(fā)明家本杰明·富蘭克林在1749年用一組串聯(lián)電容進(jìn)行電力實(shí)驗(yàn)時(shí)首次使用了“電池”這個(gè)術(shù)語。
第一個(gè)真正意義上的電池是由意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·伏特在1800年發(fā)明的。伏特將圓形的銅片和鋅片相間地疊起來，每一對(duì)銅、鋅片之間隔以鹽水浸濕的麻布片。
這時(shí)只要用兩條金屬線與任何兩種金屬接觸時(shí)就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的電流。每個(gè)單元(一組銅片、鋅片和鹽水)產(chǎn)生0.76伏特。把一組組的單元堆積起來，會(huì)獲得成倍的電量。
歷史最悠久的電池之一是1859年發(fā)明的鉛酸電池，今天啟動(dòng)大部分內(nèi)燃機(jī)汽車仍然采用這項(xiàng)技術(shù)。它是充電電池最古老的例子。
今天的電池尺寸多樣，大到用于太陽能發(fā)電廠或變電站存儲(chǔ)能源的保證整個(gè)村莊或島嶼供電的大型兆瓦尺寸，小到用于電子表的微型電池。
電池是基于不同的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)產(chǎn)生的電池電壓一般在1-3.6V范圍。串聯(lián)電池增大電壓，并聯(lián)則增加電流。這個(gè)原理用來達(dá)到所需的電流和電壓，一直到兆瓦的尺寸。
電池是如何工作的?
電池放電時(shí)內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。一個(gè)產(chǎn)生電子的化學(xué)反應(yīng)例子是，氧化鐵產(chǎn)生鐵銹。鐵與氧氣發(fā)生反應(yīng)，電子與氧發(fā)生轉(zhuǎn)移生成氧化鐵。
電池的標(biāo)準(zhǔn)制造是使用具有不同電極電勢(shì)的兩種金屬或化合物，并將它們用一個(gè)多孔絕緣體分隔開。電極電勢(shì)是存儲(chǔ)在原子和化合物中的能量，當(dāng)具有可用的外部設(shè)備連接時(shí)，實(shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移。
導(dǎo)電流體如鹽水和用于傳輸可溶性離子的水溶液在化學(xué)反應(yīng)中從一個(gè)金屬流向另一個(gè)金屬，被稱為電解質(zhì)。
在放電過程中失去電子的金屬或化合物叫做陰極，接收電子的金屬或化合物叫陽極。通過外部連接實(shí)現(xiàn)電子從陽極到陰極的流動(dòng)就是我們用來運(yùn)轉(zhuǎn)我們的電子設(shè)備。
原電池和充電電池
產(chǎn)生電子流的化學(xué)反應(yīng)過程不可逆的稱為原電池。反應(yīng)物一次放電后電池容量耗盡。
最常見的原電池是碳鋅電池。當(dāng)電解液是堿時(shí)，電池的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。我們從超市買的都是堿性電池。
處理這些原電池最大的挑戰(zhàn)是找到重復(fù)利用它們的辦法。當(dāng)使用的電池?cái)?shù)量越來越多而且經(jīng)常替換它們非常不經(jīng)濟(jì)時(shí)，處理它們就變得更加重要。
最早的可充電電池，鎳鎘電池(NiCd)，也使用堿作為電解液。1989年開發(fā)除了鎳氫電池(NiMH)，它比鎳鎘電池壽命更長(zhǎng)。
這些類型的電池對(duì)于充電過程中的過度充電和過熱非常敏感，因此充電率被控制在最大充電率之下。
復(fù)雜控制器可以加速充電過程，不需要花費(fèi)數(shù)個(gè)小時(shí)來充電。
大多數(shù)簡(jiǎn)單的充電器，充電過程需要一夜時(shí)間。
便攜式應(yīng)用，如手機(jī)和筆記本電腦，一直在尋覓存貯量大體積小的充電裝置。這雖然增加了劇烈放電的風(fēng)險(xiǎn)，但是可以通過手機(jī)電池中電流限制器來進(jìn)行控制。
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