【電池200年發展簡史】

方格發表於 2012-5-24 08:47:09

本帖最後由廉貞於 2012-5-27 16:46 編輯 【電池200年發展簡史】
 
『環保』已經成為了現在最流行的詞匯。
 
環保的核心是『新能源』，而新能源的核心則是電池。
 
近日，『2009電動汽車產業發展論壇』在北京舉行，純電動汽車的電池技術成為會議焦點問題。
 
事實上，純電動車所採用的電池，是所有電池種類中電容量最大，同時也是技術難度最高的一種蓄電池。它的祖先在200多年前就已經出現了。
 
在200多年的發展歷程中，它們一直在『努力』。
　
1誕生，青蛙腿帶來靈感。 
　　
電池的誕生，基於人們對於獲取持續而穩定的電流的需要。
 
不過，電池的發明，是來源於一次青蛙的解剖實驗所產生的靈感，多少有些偶然。
　　
1780年的一天，意大利解剖學家伽伐尼(Luigi Galvani)在做青蛙解剖時，兩手分別拿著不同的金屬器械，無意中同時碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，而如果只用一種金屬器械去觸動青蛙，就無此種反應。
 
伽伐尼認為，出現這種現象是因為動物軀體內部產生的一種電，他稱之為『生物電』。
　　
伽伐尼的發現引起了物理學家們的極大興趣，他們競相重復伽伐尼的實驗，企圖找到一種產生電流的方法。
 
而意大利物理學家伏特(Alessandro Volta)在多次實驗後則認為：伽伐尼的『生物電』之說並不正確，青蛙的肌肉之所以能產生電流，大概是肌肉中某種液體在起作用。
　　
為了論證自己的觀點，伏特把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進行試驗。
 
結果發現，這兩種金屬片中，只要有一種與溶液發生了化學反應，金屬片之間就能夠產生電流。
　　
1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水裡，發現連接兩塊金屬的導線中有電流通過。
 
於是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。
 
用手觸摸兩端時，會感到強烈的電流刺激。
 
伏特用這種方法成功制成了世界上第一個電池『伏特電堆』。
 
這個『伏特電堆』實際上就是串聯的電池組。
　　
實際上，只要有兩種金屬浸泡在某種溶液中，就有可能產生電池作用。
 
曾經接受過金屬補牙手術的朋友們都會發現，用舌頭舔補牙的金屬，會感到『麻麻』的感覺，就是因為補牙用的多種金屬產生了電池作用。
　　
1836年，英國的丹尼爾對『伏特電堆』進行了改良，又陸續有效果更好的『本生電池』和『格羅夫電池』等問世。
 
然而在當時，無論哪種電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體，搬運很不方便，特別是蓄電池所用液體是硫酸，在挪動時很危險。
　　
2演講從『便攜』到重復使用。
　　
乾電池的鼻祖在19世紀中期誕生。
 
1860年，法國的雷克蘭士(George Leclanche)發明了碳鋅電池，這種電池更容易制造，且最初潮濕水性的電解液逐漸用黏濁狀類似糨糊的方式取代，於是裝在容器內時，『乾』性的電池出現了。
　　
1887年，英國人赫勒森(Wilhelm Hellesen)發明了最早的乾電池。
 
相對於液體電池而言，乾電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便於攜帶，因此獲得了廣泛應用。
　　
如今，乾電池已經發展成為一個龐大的家族，種類達100多種。
 
常見的有普通鋅-錳乾電池、鹼性鋅-錳乾電池、鎂-錳乾電池等，不過，最早發明的碳鋅電池依然是現代乾電池中產量最大的電池。
 
在乾電池技術的不斷發展過程中，新的問題又出現了。
 
人們發現，乾電池盡管使用方便，價格低廉，但用完即廢，無法重新利用。
 
另外，由於以金屬為原料容易造成原材料浪費，廢棄電池還會造成環境污染。
 
於是，能夠經過多次充電放電循環，反復使用的蓄電池成為新的方向。
　　
事實上，蓄電池的最早發明同樣可以追溯到1860年。
 
當年，法國人普朗泰(Gaston Plante)發明出用鉛做電極的電池。
 
這種電池的獨特之處是當電池使用一段時間電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回昇。
 
因為這種電池能充電，並可反復使用，所以稱它為『蓄電池』。
　　
1890年，愛迪生發明可充電的鐵鎳電池，1910年可充電的鐵鎳電池商業化生產。
 
如今，充電電池的種類越來越豐富，形式也越來越多樣，從最早的鉛蓄電池，鉛晶蓄電池，到鐵鎳蓄電池以及銀鋅蓄電池，發展到鉛酸蓄電池、太陽能電池以及鋰電池等等。
 
與此同時，蓄電池的應用領域越來越廣，電容越來越大，性能越來越穩定，充電越來越便捷。
　　
3現狀新勢力風起雲湧。 
　　
下面，純電力汽車終於登場啦！
 
在這個領域，鋰離子電池和燃料電池成為最令人矚目的明星。
　　
從上面的故事可以看出，整個電池的發展史也可以說是一個『試試各種金屬能不能造電池』的歷史。
 
現在電池界最紅的金屬是『鋰』。
 
鋰是所有金屬裡最輕的，比水還輕，而且特別活潑，需要保存在石蠟裡。
 
實際上，當初愛迪生就曾經發明過鋰電池，但是由於鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高，所以鋰電池長期沒有得到應用。
 
現在，人們對電池『求賢若渴』，這些問題也就不是問題了。
 
恰好鋰電池具有能量重量比高、電壓高、自放電小、可長時間存放等優點，所以它在近30年中取得了巨大發展。
 
我們用的計算機、計算器、照相機、手錶中的電池都是鋰電池。
　　
鋰電池組裝完成後電池即有電壓，不需充電。
 
這種電池也可以充電，但循環性能不好，在充放電循環過程中，容易形成鋰枝晶，造成電池內部短路，所以一般情況下這種電池是禁止充電的。
 
後來，SONY公司發明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物做正極，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。
　　
鋰離子電池的優勢十分明顯：工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、無污染、自放電小、循環壽命長，成為最適用於電動汽車的電池之一。
 
鋰離子電池通過鋰離子在正負極之間跑來跑去來充電和放電。
 
這個領域最頂級的技術是『層疊電池結構』，也就是把好多個電池做成很薄的層然後疊在一起，這樣可以用很小的體積達到很高的效率，在這方面日產汽車公司走在行業的最前面。
　　
為了提高使用便捷度，目前很多鋰電汽車都可以使用普通家庭電壓充電，但充電時間長達數小時。
 
若要大規模推廣鋰電池汽車，建立相應的快速充電站仍然必不可少。
 
不過今年3月份，日本研究人員已研發出一種新型『鋰-空氣』電池，無需充電，只需更換正極的水性電解液，通過卡盒等方式更換負極的金屬鋰就可以連續使用。
 
也就是說，充電的設施更像添加物體的『加油站』，而不是帶著大插銷的『充電站』。
　　
除了電池以外，人們還想出了各種給電動車蓄能的方式，比如曾經有人想過用轉速奇快的飛輪來蓄能。
 
但這個飛輪一旦破碎，就變成了炸彈，所以不可靠。
 
現在主要研究方向還是用電池。
 
除了鋰離子電池，還有一種電池很有前途，就是『燃料電池』，它是一種將存在於燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。
 
燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產出來。
 
其中最實用的是使用氫或含富氫的氣體燃料的燃料電池。
　　
電池已經誕生了200多年，現在仍然在前進。無論是過去還是現在，電池的目標都沒有改變：隨時隨地讓人享受電能的巨大恩惠。
 
引用：<A href="http://tw.myblog.yahoo.com/jw!.BSjyMqBQUULyqadT26VrJ.w/article?mid=7899">http://tw.myblog.yahoo.com/jw!.BSjyMqBQUULyqadT26VrJ.w/article?mid=7899</A>

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