今天,我们的生活当中需要使用各种各样的电池,大到新能源汽车,比如特斯拉,比亚迪。各种车辆的启动电池,我们使用的智能手机,笔记本电脑,便携电子产品等等,都离不开电池的发明。
有的是一次性的,如AAA电池。也有可充电的锂电池,镍铬电池,可以多次放电。
那么,电池是什么呢?它实际上是一种通过化学反应产生电能的装置。1748年——本杰明·富兰克林创造了“电池”一词,用来描述带电的玻璃。
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路易吉·伽伐尼,是一位意大利医生、物理学家、生物学家,1780年,伽伐尼在一张桌子上剥青蛙皮,他和他的妻子一直在用摩擦青蛙皮肤进行静电实验。伽伐尼的助手用一把带电荷的金属手术刀,触碰了青蛙裸露的坐骨神经。就在这时,他们看到了火花,死青蛙的腿仿佛活了下来。这是生物电研究的首次尝试之一,他发现了动物电,被公认为生物电磁学的先驱。
作为伽伐尼的朋友,物理学家亚历山德罗·伏打不同意伽伐尼的生物电流效应理论,伏打认为,收缩取决于用来连接神经和肌肉的金属电线。伏打认为动物电是一种金属电,是由实验中涉及的两种金属之间的相互作用引起的。
亚历山德罗·伏打1745年出生于意大利科莫。29岁的时候,就成为了科莫皇家学校的物理学教授,在科莫工作的时候,他通过点燃静电火花来研究和试验空气电力,这是他的第一项发明,即电泳仪。34岁的时候,他成为帕维亚大学的物理学教授。
他着手证明电力不是来自动物组织,而是由不同金属、黄铜和铁在潮湿环境中接触产生的。具有讽刺意味的是,两位科学家都是对的。
伏打通过实验验证了这一假设,1800年,伏打发明了第一个真正的电池,后来被称为伏打电堆。伏打电堆由成对的铜和锌圆盘组成,它们相互叠放,由一层浸泡在盐水(即电解质)中的布或纸板隔开。与莱顿罐不同,伏打电堆产生持续的电力和稳定的电流,并且在不使用时,放置长时间只损失很少的电荷,尽管他的早期模型不能产生足够强的电压来产生火花。他对各种金属进行了实验,发现锌和银的效果最好。伏打创造了“电流”一词,指的是由化学作用产生的直流电。
伏打电池的另一个问题是电池寿命短(最多一个小时),这是由两种现象引起的。首先是产生的电流电解了电解质溶液,导致在铜上形成一层氢气泡膜,从而稳定地增加了电池的内阻(这种效应,称为极化,在现代电池中通过额外的措施来抵消)。另一种是称为局部作用的现象,锌中的杂质周围会形成微小的短路,导致锌降解。1835 年,英国发明家威廉·斯特金解决了后一个问题,他发现表面经过一些汞处理的汞齐化锌,不会受到局部作用的影响。
尽管存在缺陷,伏打的电池提供了比莱顿罐更稳定的电流,并使许多新的实验和发现成为可能。也为现代电池技术打下了基础。
一位名叫约翰·弗雷德里克·丹尼尔的英国化学教授,找到了一种解决伏打电堆中氢气泡问题的方法,即使用第二种电解质消耗第一种电解质产生的氢气。1836年,他发明了丹尼尔电池,它由一个装满硫酸铜溶液的铜锅组成,其中浸入一个装满硫酸的无釉陶容器和一个锌电极。陶器屏障是多孔的,它允许离子通过但防止溶液混合。
丹尼尔电池是对伏打电池的重大改进,是第一个实用的电池。它提供比伏打电池更长、更可靠的电流。它也更安全,腐蚀性更小,它的工作电压约为 1.1 伏。它很快成为电池使用的行业标准,尤其是在电报网络中。
1859年,法国发明家加斯顿·普兰特,开发了第一款实用的可充电铅酸蓄电池。这种电池目前主要用于汽车做启动电池。
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