意大利解剖學(xué)家伽伐尼的肖像。他因為在解剖青蛙時發(fā)現(xiàn)了“生物電”而著名。
請注意肖像下部的那半只青蛙。
還原伽伐尼實驗的繪畫作品
伏特受伽伐尼實驗的啟發(fā)，發(fā)明了伏特電堆
雷克蘭士發(fā)明的干電池。
“環(huán)保”已經(jīng)成為了現(xiàn)在最流行的詞匯。環(huán)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(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”在北京舉行，純電動汽車的電池技術(shù)成為會議焦點問題。事實上，純電動車所采用的電池，是所有電池種類中電容量最大，同時也是技術(shù)難度最高的一種蓄電池。它的祖先在200多年前就已經(jīng)出現(xiàn)了。在200多年的發(fā)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，基于人們對于獲取持續(xù)而穩(wěn)定的電流的需要。不過，電池的發(fā)明，是來源于一次青蛙的解剖實驗所產(chǎn)生的靈感，多少有些偶然。
1780年的一天，意大利解剖學(xué)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(yīng)。伽伐尼認為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為動物軀體內(nèi)部產(chǎn)生的一種電，他稱之為“生物電”。
伽伐尼的發(fā)現(xiàn)引起了物理學(xué)家們的極大興趣，他們競相重復(fù)伽伐尼的實驗，企圖找到一種產(chǎn)生電流的方法。而意大利物理學(xué)家伏特(Alessandro Volta)在多次實驗后則認為：伽伐尼的“生物電”之說并不正確，青蛙的肌肉之所以能產(chǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，這兩種金屬片中，只要有一種與溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，金屬片之間就能夠產(chǎn)生電流。
1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是，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(lián)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(chǎn)生電池作用。曾經(jīng)接受過金屬補牙手術(shù)的朋友們都會發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)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(xù)有效果更好的“本生電池”和“格羅夫電池”等問世。然而在當(dāng)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(fù)使用
干電池的鼻祖在19世紀中期誕生。1860年，法國的雷克蘭士(George Leclanche)發(fā)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，于是裝在容器內(nèi)時，“干”性的電池出現(xiàn)了。
1887年，英國人赫勒森(Wilhelm Hellesen)發(fā)明了最早的干電池。相對于液體電池而言，干電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。
如今，干電池已經(jīng)發(fā)展成為一個龐大的家族，種類達100多種。常見的有普通鋅-錳干電池、堿性鋅-錳干電池、鎂-錳干電池等，不過，最早發(fā)明的碳鋅電池依然是現(xiàn)代干電池中產(chǎn)量最大的電池。在干電池技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，新的問題又出現(xiàn)了。人們發(fā)現(xiàn)，干電池盡管使用方便，價格低廉，但用完即廢，無法重新利用。另外，由于以金屬為原料容易造成原材料浪費，廢棄電池還會造成環(huán)境污染。于是，能夠經(jīng)過多次充電放電循環(huán)，反復(fù)使用的蓄電池成為新的方向。
事實上，蓄電池的最早發(fā)明同樣可以追溯到1860年。當(dāng)年，法國人普朗泰(Gaston Plante)發(fā)明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是當(dāng)電池使用一段時間電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回升。因為這種電池能充電，并可反復(fù)使用，所以稱它為“蓄電池”。
1890年，愛迪生發(fā)明可充電的鐵鎳電池，1910年可充電的鐵鎳電池商業(yè)化生產(chǎn)。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(fā)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(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，電容越來越大，性能越來越穩(wěn)定，充電越來越便捷。
3 現(xiàn)狀 新勢力風(fēng)起云涌
下面，純電力汽車終于登場啦！在這個領(lǐng)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(fā)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(xiàn)在電池界最紅的金屬是“鋰”。鋰是所有金屬里最輕的，比水還輕，而且特別活潑，需要保存在石蠟里。實際上，當(dāng)初愛迪生就曾經(jīng)發(fā)明過鋰電池，但是由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高，所以鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。現(xiàn)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(yōu)點，所以它在近30年中取得了巨大發(fā)展。我們用的計算機、計算器、照相機、手表中的電池都是鋰電池。
鋰電池組裝完成后電池即有電壓，不需充電。這種電池也可以充電，但循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中，容易形成鋰枝晶，造成電池內(nèi)部短路，所以一般情況下這種電池是禁止充電的。后來，索尼公司發(fā)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(yōu)勢十分明顯：工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長，成為最適用于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(lǐng)域最牛的技術(shù)是“層疊電池結(jié)構(gòu)”，也就是把好多個電池做成很薄的層然后疊在一起，這樣可以用很小的體積達到很高的效率，在這方面日產(chǎn)汽車公司走在行業(yè)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(shù)小時。若要大規(guī)模推廣鋰電池汽車，建立相應(yīng)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(fā)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(xù)使用。也就是說，充電的設(shè)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(jīng)有人想過用轉(zhuǎn)速奇快的飛輪來蓄能。但這個飛輪一旦破碎，就變成了炸彈，所以不靠譜。現(xiàn)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”，它是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)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(jīng)誕生了200多年，現(xiàn)在仍然在前進。無論是過去還是現(xiàn)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。
（編輯：全球電池網(wǎng)）
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