电池
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．最后更新:2021年10月10日。
N手机、笔记本电脑或手电筒。没有电动汽车或机器人吸尘器。没有石英表，袖珍计算器，或者晶体管收音机。而且，对于我们这些日常生活中需要帮助的人来说，没有心脏起搏器、助听器或电动轮椅。
没有电池的生活就像回到过去，一两个世纪，那时制造便携式能源的唯一方法不是蒸汽动力就是发条装置。电池——小巧如指甲或大如树干的便捷电源——无论何时何地，只要我们需要，都能获得可靠稳定的电能供应。尽管我们每年要使用数十亿个，它们对环境有很大的影响，但我们的现代生活离不开它们。
你可能会认为电池看起来和你见过的任何东西一样无聊。但当你把它连接到什么东西上时，它就开始嗡嗡作响。那个沉闷的小圆筒变成了你自己的微型发电厂!让我们看看里面发生了什么……
图:像这样的一次性电池真的很方便，但从长远来看很贵，而且对环境不利。更好的选择是使用可充电电池。它们的价格更高，但你可以收取数百倍的费用，因此它们节省了一笔绝对的财富，帮助拯救了地球。
电池是什么?
电池是一种独立的化学电源组，可以产生有限的电量能源任何需要的地方。不像正常电，电流通过电线流到你家raybet雷电竞 最佳电子竞技即时竞猜平台电厂，电池会慢慢转换化学物质装在里面的电能，通常在几天，几周，几个月，甚至几年的时间内释放出来。
便携式电源的基本理念并不新鲜;人们总是有办法在移动中产生能量。甚至史前人类知道如何烧木头生火，这是另一种产生能量的方式热)从化学物质(燃烧释放能量使用化学反应称为燃烧)。到工业革命时期(18世纪和19世纪)，我们已经掌握了燃烧煤块发电的艺术，因此可以为诸如此类的东西提供燃料蒸汽机车．但需要一个小时才能收集到足够的水木为了做一顿饭，火车头的锅炉通常需要几个小时才能加热到足够产生蒸汽。相比之下，电池为我们提供了即时的便携式能源;转动钥匙在你的电动汽车它在几秒钟内就能活过来!
电池的主要部件是什么?
电池内部的基本动力单元叫做电池细胞，它由三个主要部分组成。有两个电极(电气端子)和一种叫做电解液在他们之间。为了方便和安全，这些东西通常都包装好了内部外壳:金属或塑料外壳还有两个更方便的电器终端，用加号(正号)和减号(负号)标记外与里面的电极相连。电池和电池的区别很简单，电池是由两个或两个以上的电池连接在一起，这样它们的能量就会加在一起。
当你将电池的两个电极连接到一个电路中时(例如，当你将一个电极放入手电筒中时)，电解液就会开始嗡嗡作响。慢慢地，其中的化学物质转化为其他物质。离子(电子太少或太多的原子)是由电极中的材料形成的，并与电解液发生化学反应。与此同时，电子通过外部电路从一端移动到另一端，为电池所连接的任何设备供电。这个过程一直持续到电解液完全转化。在这一点上，离子停止在电解质中移动，电子停止在电路中流动，电池就变平了。
为什么电池需要两种不同的材料?
＂这是金属的不同造成的。”
伏打(评论伽伐尼的实验)。
重要的是要注意电池中的电极是总是由两种不同的材料制成(所以绝不是由同一种金属制成)，显然它们必须是导电体。这是电池如何工作以及为什么工作的关键:一种材料“喜欢”放弃电子，另一种喜欢接受电子。如果两个电极是由同一种材料制成的，就不会发生这种情况，也就不会有电流流过。
为了理解这一点，我们需要追溯电学的历史，追溯到1792年，当时意大利科学家路易吉·伽伐尼(Luigi Galvani)发现他可以用青蛙腿来发电。
著名的实验是，伽伐尼将几种不同的金属插入一只死青蛙的腿，并产生电流，他认为这是青蛙释放“动物电流”产生的。事实上，正如他的同胞亚历山德罗·沃尔特很快意识到的那样，重要的是伽伐尼用了两个不同的金属。实际上，青蛙的身体就像电池的电解质一样工作，电池是由两个不同的金属电极插入其中。无论是死是活，这只青蛙并没有什么特别之处;一个装满合适化学物质的玻璃罐——甚至一个柠檬——也会有同样的效果。
你有没有做过一个简单的电池通过推动锌钉和一个铜硬币放进柠檬里?这是因为这两种不同金属的原子拥有不同的能力来抓住它们所包含的电子。钉子里的锌原子失去了电子(蓝色，e)，这些电子通过你做的电路流向硬币里的铜原子。这种电子流产生电流，提供有用的能量，能够点亮一个小灯泡或领导(红色)。阅读更多关于如何制作一个柠檬电池以及为其提供动力的化学反应。
电极有什么特别之处?化学元素的不同之处在于它们把电子拉向自己的能力——或者把电子让给其他更吸引它们的元素。我们称之为趋势电负性．将两种不同的金属放入电解质中，然后通过一个外电路将它们连接起来，然后它们之间就会进行一场拔河比赛。其中一种金属胜出，通过外部电路从另一种金属中吸收电子——电子从一种金属流向另一种金属就是电池为电路供电的方式。如果电池的两端由相同的材料制成，就不会有电子的净流动，也就不会产生能量。
这就是理论。现在让我们在实践中看看。
电池到底是怎么工作的?
电池的能量到底从何而来?让我们仔细看看!
这是我的电池连接到手电筒灯泡上，组成一个简单的电路。我打开了一个回形针，做了一段连接线，我把它放在电池底部和灯泡的一侧之间。如果你仔细看，你可以看到灯泡在发光。这是因为电子正在穿过它!
阳极和阴极?
下面是里面发生的事情。电池的正极(照片中我左手拇指上方，下图中是红色)连接到一个主要隐藏在电池内部的正极上。我们称之为阴极．电池的外壳和底部组成负极，或负极，也称为负极阳极并在艺术品上涂上绿色。回形针电线在艺术中由蓝色线表示。
让我们快速地澄清一个问题。在学校里，你可能学过阴极是the负电极和阳极积极的电极吗?然而，这只适用于电解(将电通过化学物质分解)。电池就像倒退的电解(它们分解化学物质来产生电)，所以术语阳极和阴极互换了。好吧?为了避免混淆，我建议最好不要使用术语阳极和阴极。最好说“正极”和“负极”，这样你的意思就很清楚了，无论你说的是电池还是电解——或者其他任何有阴极的东西。
化学反应
现在回到我们的电池。正极和负极由化学电解质分开。它可以是液体，但在普通电池中，它更可能是干粉。
当你把电池连接到灯上并打开开关时，化学反应就开始发生了。其中一种反应会在负极上产生正离子(这里显示为黄色的大斑点)和电子(较小的棕色斑点)。正离子流动成电解液，而电子(较小的棕色斑点)围绕外部电路(蓝色线)流向正极，并使灯在途中亮起。在正极发生了一个单独的化学反应，进入的电子与被带走的离子重新结合出电解液，从而完成电路。
电子和离子流动是因为电池内部发生的化学反应——通常两个反应同时进行。准确的反应取决于制造电极和电解液的材料。(在这篇文章中，我们进一步给出了一些比较不同类型电池的例子。如果你想了解更多关于特定电池的反应，在你最喜欢的搜索引擎中输入你感兴趣的电池类型，然后输入“阳极阴极反应”。)无论发生什么化学反应，电子绕着外电路运动，离子与电解液反应(进入或离开)的一般原理适用于所有电池。当电池发电时，里面的化学物质会逐渐转化成不同的化学物质。它们的发电能力会下降，电池的电压会慢慢下降，最终电池会没电。换句话说，如果电池内部的化学物质耗尽而不能产生正离子，那么它也不能为外部电路产生电子。
现在你可能在想:“等等，这没有任何意义!为什么电子不抄近路直接从负极穿过电解质到达正极呢?结果是，由于电解液的化学性质，电子不能以这种简单的方式流过它。事实上，就电子而言，电解液几乎是一种绝缘体:一种它们无法跨越的障碍。它们最容易到达正极的路径实际上是通过外部电路。
电池类型
电池有各种不同的形状、大小、电压和容量(存储电荷或能量的数量)。虽然它们可以用各种不同的化学电解质和电极制成，但实际上只有两种主要类型:初级和次级。主要的电池是普通的一次性电池，通常不能充电;二次电池可充电，有时可充电数百次。你可以给二次电池充电，只要通过一个与正常流动方向相反的电流(当它放电时);通常情况下，电池无法做到这一点。当你给你的手机在美国，你实际上只是在反向运行电池(以及电池内部的化学反应)。
图片:我刚从家里收集的一次性(主电池)和可充电(二次电池)。raybet雷电竞 最佳电子竞技即时竞猜平台主要有锌碳、碱性和锂相机电池。镍镉电池和锂离子电池是次要的。
主要的电池
你可能会认为一次性电池相当讨厌和过时;因为我们不得不把它们扔掉，它们使用起来很昂贵，而且它们根本不是环境友好型．即便如此，它们也有一个主要的优势:它们通常比同样大小的可充电电池储存更多的能量，续航时间也明显更长。如果你把手电筒之类的一次性电池换成了可充电电池，你马上就会注意到这一点。是的，你省下了一大笔钱(充电几乎不花一分钱)，你也在帮助地球，但你需要充电的次数比更换一次性电池要多得多。有时这根本不重要(拥有两套充电设备，并保持一套一直充电是很容易的);其他时候，这是至关重要的:例如，心脏起搏器内置手术植入的一次性锂电池。为了给心脏起搏器电池充电而不停地给别人开膛破肚是不现实的!简而言之，虽然如果可能的话最好使用充电电池，但有时一次性电池更好。
三种主要的原电池是锌碳电池、碱性电池和锂电池。因为里面没有液体，所以它们通常被称为干电池．
锌-碳化
最便宜的，普通的，日常使用的电池，比如手电筒，是锌碳电池。一次性锌碳电池可以追溯到1865年，当时他们是由法国工程师Georges Leclanché发明的;这就是为什么它们有时被称为Leclanché细胞。虽然它们很便宜，但它们不能储存那么多能量，也不能持续那么长时间。“锌碳”本质上是对电池如何制造的描述:正极由碳棒制成，周围是碳粉和氧化锰(IV);负极(外壳)为锌合金;电解液是氯化铵的糊状物。当锌碳电池连接到电路中时，两个电极会发生不同的反应。在负极，锌被转化为锌离子和电子，为电路提供电力。在正极，氧化锰(IV)转变为氧化锰(III)和氨。
图:最便宜的电池通常是由锌和碳制成的。
碱性
碱性电池看起来和锌碳电池差不多，但更有冲击力:它们能储存更多能量，续航时间更长，这就是为什么它们价格更高。它们可以保持充电数年，这使它们成为非常可靠的电力来源。虽然它们看起来和锌碳完全一样，但它们使用的化学物质不同，内部发生的反应也不同。正极以锰(IV)氧化物为基础，负极由锌制成，但电解液是浓缩碱性溶液(氢氧化钾)。电力是通过两种化学反应产生的。在正极上，氧化锰(IV)转化为氧化锰(III)和羟基离子。在负极上，锌与羟基离子反应释放电子，为电路提供动力。
纽扣电池
许多纽扣电池(广泛应用于石英手表以及助听器)的工作原理与普通碱性相同，具有类似的电极材料和碱性电解质;其他的则使用锂和有机电解质，并通过不同的化学反应来工作。仔细观察纽扣电池，你会发现顶部的中央部分形成了负极，它是由锌或锂制成的。外壳和底部形成正极，通常由氧化锰、氧化银或氧化铜制成。曾经，纽扣电池通常使用氧化汞和石墨作为正极，但汞是有毒的，所以现在基本上已经从电池中退出了。
二次电池(可充电)
我们不经常提到“二次”电池;更常见的说法是可充电设备。上世纪八九十年代，在像手机这样的便携式设备开始流行之前，可充电电池在手电筒和玩具等物品中还相对不常见，因为它们的续航时间远不如一次性电池;大多数是镍镉(或者偶尔是镍金属氢化物)。在那个年代，最常见的可充电电池是汽车上使用的铅酸蓄电池。这是对可充电设备的一个快速概述。你可以在我们的主要文章中阅读更多电池充电器是如何工作的．
铅酸
自19世纪中叶以来，经过试验、测试和信赖的铅酸电池就一直陪伴着我们。总额定电压为12伏，它们有六个独立的电池，每个电池产生2伏。简单地说，每个电池都有一个“海绵状”铅金属电极(负极)，一个二氧化铅电极(正极)和一个硫酸电解质。当电池放电时，两个电极都涂上了硫酸铅，硫酸在很大程度上转化为水，而电子则在外部电路周围流动以提供电力。
图:典型的铅酸蓄电池(蓄电池)。如果你仔细观察，你可以看到负极(黑色，左边标有−号)和正极(红色，右边标有+号)在顶部。
铅酸电池使汽车可以在没有危险和肮脏的手动曲柄的帮助下启动。通常情况下，你不需要给电池充电，因为你的汽车会自动充电。电池放电(放弃一点它的能量)来帮助汽车汽油发动机启动，当发动机开始通过一个叫做交流发电机的装置产生电能时，再充电(重新获得能量)。至于缺点，铅酸电池相对较大，重量惊人(试着举起一个!)，价格昂贵，并且不能充满和放电太多次。另一个问题是它们使用有毒的铅金属，当它们被倾倒在垃圾填埋场时，会造成环境问题。
镍镉
镍镉(NiCd，发音为“nicad”)被广泛用于玩具、手电筒和电动工具等一次性1.5伏电池的替代品。它们相对便宜，可以充电和放电数百次，如果处理得当，可以使用大约10年。
虽然非常可靠，但人们常说镍镉电池在充电前需要完全放电，否则它们存储的电量(以及它们的有效寿命)会大大降低。对于这是否正确，如果是的话，为什么会发生这种情况，人们意见不一，但作为经验法则，定期将电池完全放电，然后再充电是一个很好的做法。镍镉电池的另一个问题是它含有有毒的金属镉。如果它们被埋在垃圾填埋场，而不是适当回收，镉就会逃逸到土壤中，并可能newbee赞助雷竞技
河道附近。
图:不要把电池扔进垃圾桶!有些电池含有有毒金属，如镉、汞和铅，但所有的电池都是由有用的材料制成的，可以回收制成新产品。不要把你的电池扔掉，试着把它们收集起来，带到一个回收点。
镍金属氢化物(NiMH)
镍氢电池的工作原理类似，但受所谓的“记忆效应”影响较小。它们在20世纪90年代成为镍镉电池的流行替代品，部分原因是对镉的环境担忧。镍氢电池在手机等设备上工作更有效，通常是通过快速充电来“充值”，而不是完全放电和充电(这在电动工具等设备上更典型)。
锂离子
锂离子电池是增长最快的可充电类型;你的手机里可能有锂电池手机，MP3播放器、手提电脑电脑．锂有什么好处呢?它是一种很容易形成离子的轻质金属，所以是制造电池的绝佳材料。最新的锂离子电池可以储存大约两倍于传统的NiCd充电电池的能量，工作电压更高，更环保，但续航时间不长。即便如此，它们可以充电和放电数百次，通常可以使用几年，所以它们非常适合日常使用的电子产品，而这些电子产品的寿命并不长。
它们是如何工作的?当你把手机或笔记本电脑插入电源时，里面的锂离子电池就会随着化学活动而嗡嗡作响。电池的工作是尽可能快地储存尽可能多的电能。它通过化学反应将锂离子(失去一个电子而带正电的锂原子)从电池的一部分分流到另一部分。当你拔掉电源，使用笔记本电脑或手机时，电池就会切换到反向状态:离子向相反的方向移动，电池就会逐渐失去电量。在我们的主要文章中阅读更多锂离子电池是如何工作的．
燃料电池
这些实际上根本不是电池，尽管它们在通过化学反应产生电能方面很相似。你可以在我们单独的文章中找到更多关于它们的信息燃料电池．
