文档介绍：电池的前世今生
公共卫生学院预防医学144班
组员:陆明皓
罗泽延
麦伟文
莫秋彬
罗文照
王建英
电池是一项伟大的发明,拥有精彩而悠久的历史,也将拥有同样璀璨的未来。
▲自从公元前 250 年被发明以来,电池已经走过了一段漫长的旅程。
电池,从本质上来说,就是一种能够将储存的化学能转化为电能的设备。基本上,电池就是一个小型化学反应器,通过反应产生高能电子,用以注入外部设备之中。
电池出现的时间之早超出了我们的想象。1938 年,巴格达博物馆主任在该博物馆的地下室中,找到了现在被称为" 巴格达电池" 的原始电池。分析表明,这一原始电池可以追溯到公元前 250 年,属于美索不达米亚文明时期的造物。
这枚最早的电池引发了很多的争论。对于它的用途,人们众说纷纭,可能的假说包括用于电镀,止痛或者是人们通过与之接触时的刺痛感,来产生宗教体验。
美国发明家本杰明· 富兰克林在 1749 年首次使用了"Battery" 这一词语。当时他使用了一组串联的电容器来进行电学实验。
真正意义上的现代电池是由意大利物理学家 Alessandro Volta 于 1800 年发明的。他通过在一枚铜片和一枚锌片中间夹上浸有盐水的布片构筑成一个小单元,再将这些小单元堆叠起来,就得到了" 伏打电堆"。
导线将电堆的两端连接起来,就能够产生稳定的电流。每一个小单元能够产生伏特(V)的开路电压。通过将这些小单元串联,我们能够得到电压相当于每一个小单元电压的总和。
铅蓄电池是目前已知最持久的电池之一,它发明于 1859 年,现在仍然用于大多数内燃机汽车的点火。它也是最早的可重复充电的电池。
▲汽车电池。
一次电池 vs 充电电池
产生电流之后,有些电池的状态无法逆转,我们将这种电池称为一次电池。当反应物之一消耗殆尽,这种电池便无法再使用了。
最常见的一次电池是碳锌电池。若电解质为碱性,这种电池能更加持久耐用。这也就是我们通常在超市购买到的碱性电池。

▲我们在日常生活中常用的碱性电池。
处理一次电池的难度在于,我们不能通过再次充电来回收利用这些电池。在电池大型化的的今天,回收利用变得愈发重要,并且频繁地更换电池也不具备商业上的可行性。
世界上最早的充电电池之一,镍镉电池,同样使用的是碱性电解质。在 1989 年,镍氢电池(NiMH)发明,这种电池拥有比镍- 镉电池更长的寿命。
这一类电池对于充电过量过热十分敏感,因此充电功率应当控制在一个最大功率之下。不过设计精巧的控制器能够使充电速度加快,我们也就不需要为了充电苦等几个小时了。
▲充电电池能够多次使用。
充电电池的第一次飞跃:锂离子电池
1980 年,美国物理学教授 John 发明了一种新型的锂电池。在这种锂电池中,锂能够在电池中以锂离子的形式,穿梭于两个电极之间。

锂是周期表中最轻的元素之一,同时拥有着极强的电化学势,这两点优势使得它能够以最小的体积提供最高的电压。
而这一点正是锂离子电池的基础。在这种新电池中,锂和过渡金属(比如钴,镍,锰以及铁)与氧的化合物作为阴极。在外加电压之后,再次充电开始,带正电的锂离子从阴极迁移到石墨材料制成的阳极,重新变为金属锂。
因为金属锂有着极强的电化学推动力,所以金属锂极容易被氧化,它会迁移至阴极并再次成为锂离子,将外层电子交给过渡金属离子(比如钴离子)。在这一循环中的电子移动为我们提供了我们所需的电流。
充电电池的第二次飞跃:纳米技术
在 90 年代,索尼生产了一种氧化锂钴电池(注:这也是第一款商用锂离子电池),但是严重的" 热逸散" 导致了很多这一型号的电池着火。如果这一问题无法得到解决,那么为了获得更好的反应活性,使用纳米材料制作电池阴极的设想也就无从谈起了。
这一次,站出来的依然是 John 教授。他引入了一种由锂、铁以及磷酸盐构成的新的锂离子电池阴极,这种稳定的电极是电池技术的又一大飞跃。
伴随着新电池的不断发展,很多新应用也应运而生。从电动工具到混合与电动力汽车,我们都能够找到锂离子电池的影子,或许其中最重要的应用,将是为住宅提供家用电能。
太阳能电池
太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”,是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照到,瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic,photo光,voltaics伏特,缩写为PV),简称光伏。
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流,而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。