【矩道化学】电池的“前世今生”

2022/2/22 16:40:41 矩道科技 产品动态

电池的发展历史


电池的诞生,基于人们对于获取持续而稳定的电流的需要。不过,发明电池的灵感是来源一次青蛙的解剖实验,多少有些偶然。


诞生

故事要从1789年的某一天说起:意大利生理学家伽法尼(Luigi Galvani)在做青蛙解剖时,把铜钩钩着的青蛙腿挂在阳台的铁栏杆上,偶然发现蛙腿每次接触铁栏杆就会抽搐一次。经过研究,伽法尼认为这种肌肉收缩作用是“动物电”引起的。


伽伐尼的发现引起了物理学家们的极大兴趣,他们竞相重复伽伐尼的实验,企图找到一种产生电流的方法。

而意大利物理学家伏打(Alessandro Volta)在多次实验后则认为:伽法尼的“动物电”之说并不正确,青蛙的肌肉之所以能产生电流,大概是肌肉中某种液体在起作用。为了论证自己的观点,伏打把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验。结果发现,这两种金属片中,只要有一种与溶液发生了化学反应,金属片之间就能够产生电流。


伏打电堆

1799年,伏打把一块锌板和一块银板浸在盐水里,发现连接两块金属的导线中有电流通过。类似于下面的操作,感兴趣的小伙伴可以动手做起来哦。



于是他又改进实验,把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片,平叠起来。用手触摸两端时,会感到强烈的电流刺激。伏打用这种方法成功制成了世界上第一个电池“伏打电堆”。


这个“伏打电堆”实际上就是串联的电池组

此后又陆续出现了各种电池,直到干电池的出现才有了我们现代电池的雏形。干电池的鼻祖在19世纪中期诞生。

1860年,法国的雷克兰士(George Leclanche)发明了碳锌电池,这种电池更容易制造,且最初潮湿水性的电解液逐渐用黏浊状类似糨糊的方式取代,于是装在容器内时,“干”性的电池出现了。


干电池

1887年,英国人赫勒森(Wilhelm Hellesen)发明了最早的干电池。相对于液体电池而言,干电池的电解液为糊状,不会溢漏,便于携带,因此获得了广泛应用。


如今,干电池已经发展成为一个庞大的家族,种类达100多种。常见的有普通锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、镁-锰干电池等,不过,最早发明的碳锌电池依然是现代干电池中产量最大的电池。

在干电池技术的不断发展过程中,新的问题又出现了。人们发现,干电池尽管使用方便,价格低廉,但用完即废,无法重新利用。另外,由于以金属为原料容易造成原材料浪费,废弃电池还会造成环境污染。于是,能够经过多次充电放电循环,反复使用的蓄电池成为新的方向。


二次电池

目前最常见的二次电池是铅酸蓄电池,它由两组栅状极板交替排列而成,正极板上覆盖有PbO2,负极板上覆盖有Pb,电解质是H2SO4溶液。我们一起看看它的工作原理:



除了一次电池(指放电后不可充电的电池,也称干电池)和二次电池(指放电后可充电而反复使用的电池,也称可充电电池或蓄电池)这类化学电源外,工业上常用的还有燃料电池。所谓的燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。

燃料电池的种类也很多,常见的是氢氧燃料电池,如下所示是它的简易工作原理展示:



锂电池

整个电池的发展史也可以说是一个“试试各种金属能不能造电池”的历史。现在电池界最红的金属是“锂”。锂是所有金属里最轻的,比水还轻,而且特别活泼,需要保存在石蜡里。

实际上,当初爱迪生就曾经发明过锂电池,但是由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高,所以锂电池长期没有得到应用。

现在,人们对电池“求贤若渴”,这些问题也就不是问题了。恰好锂电池具有能量重量比高、电压高、自放电小、可长时间存放等优点,所以它在近30年中取得了巨大发展。我们用的计算机、计算器、照相机、手表中的电池都是锂电池。

电池已经诞生了200多年,现在仍然在前进。无论是过去还是现在,电池的目标都没有改变:随时随地让人享受电能的巨大恩惠。

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