详解电池：分类、原理、历史、充电、容量

现代生活是靠电池才得以维持的，我想这句话并非言过其实，手机、电脑你哪一天离得开？所以今天就让我们提高一下电池的知识水平。

 

 

总的来看电池有三种主要类型，一是化学电池，二是物理电池，三是生物电池。化学电池我们一会儿再说，先简单看一下物理电池和生物电池。物理电池包括光电池，也就是利用光照后就会产生电流的物质，将光能转化为电能的装置，比如太阳能电池就是典型的光电池。还有温差电池，它可以将物质的温差转化为电能。还有原子能电池，它可以利用放射性物质放出的射线来获得电能，所以寿命很长，多装载于人造卫星之上。生物电池目前主要包括两种，一是酶生物燃料电池，它的原理是通过使用酶这一催化剂，在室温下，使氢气、甲醇、葡萄糖等材料，与氧气发生化学反应，从而获得电能。二是微生物电池，其原理是利用微生物进行与酶电池同样的反应。

 

 

温差电池

而至于目前在电池家族中挑大梁的化学电池，我们可以将其分为两类，一类是没电了就扔的一次性电池，代表是锌锰干电池、碱性干电池和锂电池。这三种电池的正极都是二氧化锰，而负极分别为锌、锌和锂。另一类是没电了再充电的二次电池，代表是铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池，还有我们手机、电脑里使用的锂离子电池。这四种电池的正极分别为二氧化铅、氢氧化镍、氢氧化镍和钴酸锂，而负极分别为铅、镉、储氢合金和石墨。

 

 

除了这两大类之外，化学电池中还有一个特殊的存在，这便是燃料电池，其原理是利用氢等燃料与氧反应从而产生电。比如说如果以氢为燃料，那么就会发生与水的电解相反的反应从而产生电，而且氢燃料电池的反应产物只有水，所以对环境没有污染。

 

 

物理电池、生物电池与燃料电池产生电的原理不难理解，那么传统的化学电池究竟是怎么产生电的呢？

 

 

简单来看，化学电池是一种通过化学反应产生电的装置。氧化反应释放电子，而还原反应得到电子，这两种反应分别在不同的场合进行，如果将它们用导线连接起来，导线中就产生了电子的流动，也就是产生了电流。为了促使各个反应分别在正极和负极发生，在它们周围存在着“电解质”。另外，在实际的电池中，为了防止正负极相连发生短路，正极和负极是用绝缘的分隔装置分隔开的。

 

 

电池原理

知道了这一简单的原理，我们在家中就可以制作出一个简易的电池。找一片铜片和一片铝片，在它们中间夹进去几张渗入盐水的餐巾纸，最好把餐巾纸折叠几层。然后把铜片和铝片用导线连接起来。此时，铝从铝片上溶解进盐水，并将电子释放在导线上，而铜片则从导线处获得电子，这样就在导线上形成了微弱的电流。这种电池的负极是铝片，正极是铜片，盐水便是电解质。

 

 

我们知道，不同的化学电池有着不同的电压，那么其原因何在呢？这是因为，易于释放电子或者易于获得电子，其难易程度随着物质的不同而不同。而电池的电压正是由各种物质电子释放的难易程度和获得的难易程度所决定的。容易释放电子的物质，按容易程度从高到低包括锂、钾、钙、钠、镁、铝、锌等，所以这些物质可以做电池的负极。而容易获得电子的物质，按容易程度从高到低包括金、铂、银、汞、铜等，所以这些物质可以做电池的正极。正负极金属的离子化倾向差别越大，就越有大量的电子同时移动，也就能制造出电压越高的电池。

 

 

说起电池的历史，可以追溯到1800年意大利物理学家伏打发明的伏打电池。后来，1888年德国人卡尔-加斯纳发明了干电池，自此，电池才得以开始广泛应用。而在此之前，电池中使用液体电解质，携带起来十分不方便。加斯纳把石膏的粉末混入液体之中，这样液体就不会流出来了。现在我们常见的干电池是锌锰干电池和碱性干电池。这两种电池的相同之处在于它们的电极都是用了锌和二氧化锰。所以，这两种电池的电压都是1.5V。不过，碱性干电池将负极上的锌加工成了糊状，这就大大增加了负极的表面积，所以可以进行大电流放电，从而提高电池的性能。另外，碱性干电池的电解液里使用的是比较容易导电的碱性溶液，所以，相比于锌锰干电池，碱性干电池的特征就是可以高效地产生电流，并且电压下降得比较缓慢。如此一来，即便两种电池使用的是同一种材料，它们的性能也会随着电极形状和配置的不同而存在着很大的差别。

 

 

伏打电池

 

 

碱性干电池

可充电电池开始于1959年法国物理学家加斯顿-普兰特发明的铅酸蓄电池。随后，二次电池中的镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池也相继被开发出来。特别是无线化时代来临之后，可以携带的手机得到普及，这就更少不了二次电池的应用。

 

 

普兰特

 

 

铅酸蓄电池

在手机诞生之际，手机里装载的是镍镉电池，之后被镍氢电池所取代，而现在所有的手机都已经换成了锂离子电池。可以说，伴随着电池的进步，手机也同步地实现了机体的小型化和使用时间的延长。

 

 

镍镉电池的电压在1.2V左右，由于它能够实现大电流放电，所以通常用于短时间使用的充电式剃须刀和电动牙刷等。随后出现的镍氢电池的电压也是1.2V，但其容量却是镍镉电池的2倍，所以，镍氢电池的出现对当时电器设备的小型化，作出了并不微小的工作。另外，由于镍镉电池中使用的镉毒性很强，所以现在大都被镍氢电池所替代。目前，在售的镍氢电池有许多种品牌，是我们周围最常见的二次电池之一。由于其现售型号与干电池几乎相同，所以，镍氢电池越来越多地替代了碱性干电池与锌锰干电池。

 

 

镍镉电池

 

 

镍氢电池

那么一次性电池为什么就不能充电呢？其实，它们并非完全不能充电。因为所谓的充电，其实就是在电池内部发生与放电反应相反的化学反应，将电池内部的成分恢复到使用之前的原先的状态。对于碱性干电池和锌锰干电池来说，在充电反应的过程中，无论如何都会产生氢气或是氯气，这些产生的气体就很难再次利用于放电反应之中了，所以，反复进行几次充电后就几乎不能复原了。其实，关于这个问题，我想很多85后朋友应该有生活经验，小时候玩四驱车，要是买南孚电池或是双钻的充电电池那是很贵的，我当时一天就1块钱零花钱，要是买电池了这不得被揍死么，所以只能买物美价廉的华泰，但是华泰一会就完蛋了，所以也经常借有钱同学的充电器一用，充上半小时电，四驱车就又能风驰电掣了。但是基本上第二次再冲就不行了。

 

 

另外，一次性电池都是按照一次性用光来设计的，所以它的结构还承受不了充电后产生的气体的压力，其结果就是充电后很可能会发生内部压力升高而导致的爆炸、放热等一系列意想不到的问题。值得一提的是，现在有些不法商家号称发明出了可以给一次性电池充电的充电器，各位老板都不差钱，所以建议大家不要购买，千万不要为了省点小钱而因小失大。

 

 

下面我们来说说电池的容量。电池的容量是用多少多少毫安的电流流过多少小时来表示的，单位记做mAh，mA代表毫安，h代表小时。镍氢电池上面一般都标记有1000mAh或2500mAh的字样，这个1000mAh就是指用100毫安的电流能放电10小时。装载在现在智能手机上的锂离子电池容量一般在2000-3000mAh，不过，在使用手机时感受到的待机时间，不仅仅由电池的容量来决定，还有非常重要的一点，这就是如何节能地启动只能手机内部的单元，这就要看不同品牌手机各自的智慧了。