物理电池、生物电池与燃料电池产生电的原理你理解吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-20 08:41
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一般来说，大部分的电动车都是采用的普通充电技术，这种普通充电的方法给电车充电，需要8~10个小时，而快充即快速充电，只需要1小时就可以把电池充满。简化概念来说实际上它采用的是大电流大功率直流电给电池充电，其真实原理是在快充状态下，锂电池中的锂离子高速运动，瞬间嵌入到电池的两极。实现方法是，首先使用较宽的充电脉冲给电池进行充电，使锂电池的端电压升高，当达到充电系统设定的充电时限时，充电系统切断供电电流使电池暂停充电，然后当间歇达到另一个充电点时，再重新启动充电，将这一过程反复进行，当电池内部的锂离子全部聚集到电池的正负电极，汽车电池也就快速充满了。因而这种快速充电技术对电池自身要求很高，电池自身必须具备自动管理系统，同时要有非常可靠的热稳定性且耐高压大电流。
但以上只是为实现快充的电池要求，要想实现这种快速充电，还必须具备相配套的充电系统，现在许多城市提供快充的充电桩功率都高达20KW及以上，能够将10KV的高压交流电转换成几百安的直流电，并且通过专用电缆源源不断的输送进汽车电池系统。不过鉴于当前电池组均衡技术、输配电技术特别是散热技术还达不到要求的情况下，真正意义上的快充并不能完全实现，可相比普通充电技术已经大大的缩短了充电时间，最重要的是这种快充技术，从原理上就可以看出，快充并不会像流传的那样严重损耗电池，牺牲电池的使用寿命。
，要想实现快充，除了要有专用的电池系统，保证内部的电子能够快速移动的条件和自动充电管理的条件外，还需要外部提供特殊的充电系统，用以给电池系统提供需要的大电流，由此可见，电池快充的原理并没有那么复杂。
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。
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。
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。
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。
