電池200年發展簡史：發明靈感源自青蛙腿(圖)

電池200年發展簡史：發明靈感源自青蛙腿(圖)

分類：教學資源

2009/05/28 07:35

http://financenews.sina.com/sinacn/304-000-106-109/2009-05-23/18361073439.html

2009-05-23 18:36:03

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意大利解剖學家伽伐尼肖像。他因為在解剖青蛙時發現了“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，發明了伏特電堆 雷克蘭士發明的幹電池。 “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，基于人們對于獲取持續而穩定的電流的需要。不過，電池的發明，是來源于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，他們競相重複伽伐尼的實驗，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。 　　為了論証自己的觀點，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里，發現連接兩塊金屬的導線中有電流通過。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”到重複使用 　　幹電池的鼻祖在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，于是裝在容器內時，“幹”性的電池出現了。 　　1887年，英國人赫勒森(Wilhelm Hellesen)發明了最早的幹電池。相對于液體電池而言，幹電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應用。 　 　如今，幹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-錳幹電池、鹼性鋅-錳幹電池、鎂-錳幹電池等，不過，最早發明的碳鋅電池 依然是現代幹電池中產量最大的電池。在幹電池技術的不斷發展過程中，新的問題又出現了。人們發現，幹電池盡管使用方便，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境污染。于是，能夠經過多次充電放電循環，反複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，使電池電壓回升。因為這種電池能充 電，並可反複使用，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，純電力汽車終于登場啦！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，當初愛迪生就曾經發明過鋰電池，但是由于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、手表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，索尼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。這個領域最牛的技術是“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，所以不靠譜。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”，它是一種將存在于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。 　　本版撰文/本報記者 尹蔚

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