自從公元前250年被發明以來
，電池已經走過了一段漫長的旅程。Flickr/Patty, CC BY-NC-SA

 

電(dian)池(chi)
，從(cong)本(ben)質(zhi)上(shang)來(lai)說(shuo)

，就(jiu)是(shi)一(yi)種(zhong)能(neng)夠(gou)將(jiang)儲(chu)存(cun)的(de)化(hua)學(xue)能(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)能(neng)的(de)設(she)備(bei)。基(ji)本(ben)上(shang)，電(dian)池(chi)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)小(xiao)型(xing)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)器(qi)，通(tong)過(guo)反(fan)應(ying)產(chan)生(sheng)高(gao)能(neng)電(dian)子(zi)，用(yong)以(yi)注(zhu)入(ru)外(wai)部(bu)設(she)備(bei)之(zhi)中(zhong)。

 

電池出現的時間之早超出了我們的想象。1938年
，巴格達博物館主任在該博物館的地下室中，找到了現在被稱為“巴格達電池”的原始電池。分析表明，這一原始電池可以追溯到公元前250年，屬於美索不達米亞文明時期的造物。

 

這(zhe)枚(mei)最(zui)早(zao)的(de)電(dian)池(chi)引(yin)發(fa)了(le)很(hen)多(duo)的(de)爭(zheng)論(lun)。對(dui)於(yu)它(ta)的(de)用(yong)途(tu)
，人(ren)們(men)眾(zhong)說(shuo)紛(fen)紜(yun)
，可(ke)能(neng)的(de)假(jia)說(shuo)包(bao)括(kuo)用(yong)於(yu)電(dian)鍍(du)，止(zhi)痛(tong)或(huo)者(zhe)是(shi)人(ren)們(men)通(tong)過(guo)與(yu)之(zhi)接(jie)觸(chu)時(shi)的(de)刺(ci)痛(tong)感(gan)
，來(lai)產(chan)生(sheng)宗(zong)教(jiao)體(ti)驗(yan)。

 

美國發明家本傑明·富蘭克林在1749年首次使用了“Battery”這一詞語。當時他使用了一組串聯的電容器來進行電學實驗。

 

真正意義上的現代電池是由意大利物理學家Alessandro Volta於1800年發明的。他通過在一枚銅片和一枚鋅片中間夾上浸有鹽水的布片構築成一個小單元，再將這些小單元堆疊起來
，就得到了“伏打電堆”。

 

導線將電堆的兩端連接起來
，就能夠產生穩定的電流。每一個小單元能夠產生0.76伏特（V）的開路電壓。通過將這些小單元串聯

，我們能夠得到電壓相當於每一個小單元電壓的總和。

 

鉛蓄電池是目前已知最持久的電池之一
，它發明於1859年
，現在仍然用於大多數內燃機汽車的點火。它也是最早的可重複充電的電池。

 

汽車電池。Flickr/Asim Bharwani, CC BY-NC-ND

 

時至今日，電池的尺寸可大可小
，大至兆瓦級別

，用於儲存太陽能電廠或是變電站的電力
，以保證某一區域穩定的能源供應；小至紐扣大小，為你佩戴的電子手表提供動力。

 

不同的電池基於不同的化學反應，這也使得每一個不同的小單元有著不同的開路電壓，通常在1.0至3.6V之間。通過串聯這些小單元，我們能夠增加電壓
；而er並bing聯lian這zhe些xie小xiao單dan元yuan則ze能neng夠gou增zeng強qiang電dian流liu。這zhe一yi規gui律lv被bei我wo們men用yong來lai增zeng加jia電dian壓ya和he電dian流liu，以yi提ti供gong我wo們men所suo需xu要yao的de電dian流liu和he電dian壓ya
，即ji便bian是shi兆zhao瓦wa級ji別bie的de電dian池chi
，它ta的de電dian壓ya和he電dian流liu也ye是shi通tong過guo這zhe個ge最zui基ji本ben規gui律lv得de到dao的de。

 

xianzairenmenyuce，dianchijishujiangzaiciyinglaiyicifeiyue。xindedianchimoxingjiangnenggoucongjiayongtaiyangnenghefengnengzhuangzhizhonghuoquzugoudenengliang，bingyouzugouderongliangjiangqichucun，zaiheshideshijian（通常是夜晚）為一整個家庭提供未來數天所需的電力。

 

 

當(dang)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)開(kai)始(shi)時(shi)，額(e)外(wai)的(de)電(dian)子(zi)被(bei)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)，電(dian)池(chi)即(ji)開(kai)始(shi)放(fang)電(dian)。額(e)外(wai)電(dian)子(zi)釋(shi)放(fang)的(de)一(yi)個(ge)例(li)子(zi)是(shi)在(zai)鐵(tie)氧(yang)化(hua)生(sheng)鏽(xiu)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，鐵(tie)與(yu)氧(yang)氣(qi)發(fa)生(sheng)反(fan)應(ying)，將(jiang)電(dian)子(zi)釋(shi)放(fang)給(gei)氧(yang)氣(qi)，形(xing)成(cheng)鐵(tie)的(de)氧(yang)化(hua)物(wu)。

 

biaozhundedianchigouzaoshijiangliangkuaihuaxueshibutongdejinshuhuoshihuahewuyongyicengduokongjueyuantigekai。huaxueshijishichucunyuyuanziyuhuaxuejianzhijiandenengliang，dangdianzinenggouziyoudizailianjiedewaibushebeizhongyidongdeshihou
，zhexienengliangnenggouchuandigeinaxieyundongdedianzi。

 

 

鹽yan水shui這zhe樣yang的de導dao電dian液ye體ti常chang常chang被bei用yong來lai傳chuan輸shu可ke溶rong解jie的de離li子zi，在zai反fan應ying過guo程cheng中zhong，這zhe些xie離li子zi在zai溶rong液ye中zhong可ke以yi從cong一yi種zhong金jin屬shu的de表biao麵mian轉zhuan移yi到dao另ling一yi種zhong金jin屬shu的de表biao麵mian，我wo們men通tong常chang稱cheng這zhe樣yang的de導dao電dian液ye體ti為wei電dian解jie質zhi。

 

在(zai)放(fang)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)，失(shi)去(qu)電(dian)子(zi)的(de)金(jin)屬(shu)或(huo)化(hua)合(he)物(wu)被(bei)稱(cheng)為(wei)陽(yang)極(ji)
，得(de)到(dao)電(dian)子(zi)的(de)金(jin)屬(shu)或(huo)化(hua)合(he)物(wu)被(bei)稱(cheng)為(wei)陰(yin)極(ji)。在(zai)外(wai)電(dian)路(lu)中(zhong)，電(dian)子(zi)流(liu)從(cong)陽(yang)極(ji)流(liu)向(xiang)陰(yin)極(ji)，這(zhe)就(jiu)是(shi)我(wo)們(men)用(yong)以(yi)驅(qu)動(dong)電(dian)力(li)設(she)備(bei)的(de)“電流”。

 

 

產生電流之後，有些電池的狀態無法逆轉，我們將這種電池稱為一次電池。當反應物之一消耗殆盡
，這種電池便無法再使用了。

 

最常見的一次電池是碳鋅電池。若電解質為堿性，這種電池能更加持久耐用。這也就是我們通常在超市購買到的堿性電池。

 

我們在日常生活中常用的堿性電池。Flickr/Simon Greig, CC BY-NC-SA

 

處(chu)理(li)一(yi)次(ci)電(dian)池(chi)的(de)難(nan)度(du)在(zai)於(yu)，我(wo)們(men)不(bu)能(neng)通(tong)過(guo)再(zai)次(ci)充(chong)電(dian)來(lai)回(hui)收(shou)利(li)用(yong)這(zhe)些(xie)電(dian)池(chi)。在(zai)電(dian)池(chi)大(da)型(xing)化(hua)的(de)的(de)今(jin)天(tian)
，回(hui)收(shou)利(li)用(yong)變(bian)得(de)愈(yu)發(fa)重(zhong)要(yao)
，並(bing)且(qie)頻(pin)繁(fan)地(di)更(geng)換(huan)電(dian)池(chi)也(ye)不(bu)具(ju)備(bei)商(shang)業(ye)上(shang)的(de)可(ke)行(xing)性(xing)。

 

世界上最早的充電電池之一，鎳鎘電池，同樣使用的是堿性電解質。在1989年
，鎳氫電池（NiMH）發明，這種電池擁有比鎳-鎘電池更長的壽命。

 

這(zhe)一(yi)類(lei)電(dian)池(chi)對(dui)於(yu)充(chong)電(dian)過(guo)量(liang)過(guo)熱(re)十(shi)分(fen)敏(min)感(gan)，因(yin)此(ci)充(chong)電(dian)功(gong)率(lv)應(ying)當(dang)控(kong)製(zhi)在(zai)一(yi)個(ge)最(zui)大(da)功(gong)率(lv)之(zhi)下(xia)。不(bu)過(guo)設(she)計(ji)精(jing)巧(qiao)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)能(neng)夠(gou)使(shi)充(chong)電(dian)速(su)度(du)加(jia)快(kuai)，我(wo)們(men)也(ye)就(jiu)不(bu)需(xu)要(yao)為(wei)了(le)充(chong)電(dian)苦(ku)等(deng)幾(ji)個(ge)小(xiao)時(shi)了(le)。

 

充電電池能夠多次使用。Flickr/Brian J Matis, CC BY-NC-SA

 

現在的應用——像是手機和筆記本電腦——yizhizhuixundemubiaojiushizaijinkenengxiaodekongjianlichucunjinkenengduodenengliang。suizhedanweitijineinengliangdetigao，turanfangdiandeweixianxingyezaishangsheng，danshiwomenyenenggouzhaodaoyixieyingduizhifa。biruduiyushoujidianchi
，yinweitabijiaoxiaoqiao，suoyiwomenkeyitongguozaidianchizhongjiaruxianliuqilaitigaotadeanquanxing。

 

不過隨著越來越多的大型電池投入應用
，人們會愈發關注這些體積巨大、單元眾多的大型電池的安全問題。

 

 

時至今日，絕大多數的新技術都要求電池具有更加緊湊的設計


、更加充沛的電力、更好的安全性
，還需要電池能夠充電再利用。

 

1980年，美國物理學教授John Goodenough發明了一種新型的鋰電池。在這種鋰電池中
，鋰能夠在電池中以鋰離子的形式

，穿梭於兩個電極之間。

 

鋰是周期表中最輕的元素之一，同時擁有著極強的電化學勢，這兩點優勢使得它能夠以最小的體積提供最高的電壓。

 

而這一點正是鋰離子電池的基礎。在這種新電池中，鋰和過渡金屬（比如鈷，鎳

，錳以及鐵）與氧的化合物作為陰極。在外加電壓之後
，再次充電開始，帶正電的鋰離子從陰極遷移到石墨材料製成的陽極

，重新變為金屬鋰。

 

因為金屬鋰有著極強的電化學推動力
，所以金屬鋰極容易被氧化，它會遷移至陰極並再次成為鋰離子
，將外層電子交給過渡金屬離子（比如鈷離子）。在這一循環中的電子移動為我們提供了我們所需的電流。

 

 

由you於yu過guo渡du金jin屬shu的de加jia入ru，鋰li離li子zi每mei一yi個ge小xiao單dan元yuan都dou能neng夠gou提ti供gong更geng高gao的de能neng量liang，但dan是shi反fan應ying活huo性xing的de提ti高gao也ye會hui帶dai來lai負fu麵mian效xiao果guo，電dian池chi會hui更geng容rong易yi受shou到dao一yi種zhong被bei稱cheng為wei“熱散逸”現象的影響。

 

在90年代，索尼生產了一種氧化鋰鈷電池（譯者注：這也是第一款商用鋰離子電池）
，但是嚴重的“熱逸散”導(dao)致(zhi)了(le)很(hen)多(duo)這(zhe)一(yi)型(xing)號(hao)的(de)電(dian)池(chi)著(zhe)火(huo)。如(ru)果(guo)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)無(wu)法(fa)得(de)到(dao)解(jie)決(jue)
，那(na)麼(me)為(wei)了(le)獲(huo)得(de)更(geng)好(hao)的(de)反(fan)應(ying)活(huo)性(xing)，使(shi)用(yong)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)製(zhi)作(zuo)電(dian)池(chi)陰(yin)極(ji)的(de)設(she)想(xiang)也(ye)就(jiu)無(wu)從(cong)談(tan)起(qi)了(le)。

 

這一次，站出來的依然是Goodenough。他引入了一種由鋰、鐵以及磷酸鹽構成的新的鋰離子電池陰極，這種穩定的電極是電池技術的又一大飛躍。

 

bansuizhexindianchidebuduanfazhan，henduoxinyingyongyeyingyunersheng。congdiandonggongjudaohunheyudiandongliqiche，womendounenggouzhaodaolilizidianchideyingzi，huoxuqizhongzuizhongyaodeyingyong，jiangshiweizhuzhaitigongjiayongdianneng。

 

無線電動工具的出現要感謝充電電池的進步。Flickr/People s Network, CC BY-NC

 

 

在電動汽車領域
，領頭羊是有名的Tesla公司。Tesla公司計劃修建“Giga-plants”（Giga是10的9次方的意思，就是1GB裏麵的G，來源於希臘語
，巨大的），以生產適合用於電動汽車的大型電池。

 

Tesla Model S型汽車裝備的鋰電池電池組容量已經達到驚人的85千瓦時。

 

 

這樣的電池組容量，已經足夠一個普通家庭的需要了，也正因為如此，大家對於Tesla公司創始人Elon Musk發布的新產品有了如此之多的猜想。

 

電池設計的模塊化或許能夠創造一種新的、可交互的電池模式
，這樣的電池既能夠在汽車中使用，也能夠在家居生活中使用，而無需重新設計和組建。

 

或(huo)許(xu)我(wo)們(men)正(zheng)是(shi)一(yi)個(ge)時(shi)代(dai)的(de)見(jian)證(zheng)者(zhe)
，在(zai)這(zhe)個(ge)時(shi)代(dai)裏(li)
，能(neng)源(yuan)又(you)一(yi)次(ci)要(yao)更(geng)新(xin)換(huan)代(dai)，而(er)為(wei)我(wo)們(men)提(ti)供(gong)能(neng)源(yuan)的(de)未(wei)來(lai)大(da)型(xing)電(dian)池(chi)，正(zheng)是(shi)由(you)最(zui)初(chu)那(na)枚(mei)毫(hao)不(bu)起(qi)眼(yan)的(de)小(xiao)電(dian)池(chi)不(bu)斷(duan)升(sheng)級(ji)而(er)來(lai)的(de)。

 

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