电池的进化史介绍

说起电池，大家应该都不陌生，它早已“飞入寻常百姓家”，成为了我们的日常生活中密不可分的一部分。手机、电脑、钟表甚至电动汽车，都与电池“休戚相关”（不少朋友还患上了“手机低电量焦虑症”o(╯□╰)o）。然而，你知道如今广泛使用的电池是从何而来的么？它的“成长历程”中隐藏着哪些有趣的故事呢？今天我们就来聊一聊电池进化史。

远古时代——蒙昧无知

人类对于电的认知是逐步递进的。早期由于吃货属性，人们大概没少被水里的电鱼电击。大约公元前2750年的埃及文献中就有此类记载，称电鱼为“尼罗河的雷使者”，意为可以保护所有鱼类。那时，电=雷。

后来，许是某个狂风暴雨雷声大作的夜晚，聪明的阿拉伯人看到闪电如雪亮长刀划过阴沉沉的苍穹，斩断虬劲的树干，劈裂瑟缩的草屋，带着麻酥酥的颤意从身上滚过，而后雷声才接踵而至。他们猛然醒悟，电不是雷产生的，或者说不只是雷产生的，可能还有闪。

然而，因为雷电来无影去无踪，且不常出现，根本无法贮存研究。所以，数千年来人们都把它归为神秘的自然力量。而众所周知，一旦什么东西被套上“神秘”二字，我们中国的老祖宗们必会想方设法安插个岗位，好塞人进去。于是雷公和电母便应运而生，在天界勤勤恳恳地在司“雷”、司“闪”。

神话传说中的“雷公”和“电母”

工业革命——初露端倪

直到时间的罗盘转至1732年，电的“伯乐”才姗姗来迟。美国的科学家富兰克林发现电是一种没有重量的流体，并分出了正负电荷。然而，此时的电还处于随产随消阶段，并没有引起广大吃瓜群众的注意。

1746年，荷兰莱顿大学的教授马森布罗克（长着一头令所有天下女子汗颜并羡慕的浓密卷曲秀发）在做电学实验时，无意中把一个带了电的钉子掉进玻璃瓶里，他以为要不了多久，铁钉上所带的电就会很容易跑掉的，过了一会，他想把钉子取出来，可当他一只手拿起桌上的瓶子，另一只手刚碰到钉子时，突然感到有一种电击式的振动。这到底是铁钉上的电没有跑掉呢，还是自己的神经太过敏呢？于是，他又照着刚才的样子重复了好几次，而每次的实验结果都和第一次一样，于是他非常高兴地得到一个结论：把带电的物体放在玻璃瓶子里，电就不会跑掉，这样就可把电储存起来。它把这个瓶子命名为“莱顿瓶”（取自地名）。

马森布罗克教授和他的“莱顿瓶”

“莱顿瓶”的构造非常简单，在玻璃瓶子的内壁和外壁上都贴一层锡箔，内层学用金属链条与伸到瓶口外的金属杆相连，金属杆顶端再装上一个金属球。当带电体跟金属球接触时，带电体上的电荷就会沿着金属杆和链条传到瓶的内壁，而外部的电荷就能在里面保存一个相当长的时间。等需要时，只要与金属接触一下，就可以把储存的电荷再放出来。马森布罗克教授也凭此成为电池鼻祖。

“莱顿瓶”的发现在当时欧洲引起了强烈反响，许多电学家捶胸顿足，懊恼为什么自己没能成为这个奇迹的缔造者。同时，他们也紧跟潮流，做了大量扩展实验，甚至有人极富创造性的用它来点燃酒精和火药。脑洞最大的要数法国人诺莱特（真是没有辜负法国人的浪漫基因），他邀请了路易十五的皇室成员到巴黎一座大教堂前临场观看”莱顿瓶”表演，让七百名修道士手拉手排成一行，队伍全长达900英尺（约275米）。然后由排头的修道士用手握住”莱顿瓶”，让排尾的握住瓶的引线，一瞬间，七百名修道士，因受电击几乎同时跳起来，在场的人无不为之口瞪目呆，诺莱特以令人信服的证据向人们展示了电的巨大威力。

大概就是这个样子，请自行脑补人数扩充至700人的盛况

“莱顿瓶”风靡欧洲后，有好事者将它邮寄给了远在美国的富兰克林，并附上原理和使用说明。作为电学实验研究领域的开拓者，富兰克林自然不会错过这个绝佳的机会。这直接导致了1752年富兰克林著名的“费城实验”。他用风筝将“天电”引了下来，并收集到“莱顿瓶”中，从而弄明白了“天电”和“地电”原来是一回事（雷公和电母也可以凉凉了）。他正确地指出了“莱顿瓶”的原理：“起储电作用的是瓶子本身”。后来人们发现，只要两个金属板中间隔一层绝缘体就可以做成电容器，而并不一定要做成像莱顿瓶那样的装置（就是今天电容器的原理啦）。

1752年富兰克林著名的“费城实验”

1799年，意大利物理学家伏特（没错，就是物理学中电压单位的名称贡献者）把一块锌板和一块锡板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来（真是个举一反三的孩子啊！）。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。伏特用这种方法成功地制成了世界上第一个真正意义上的电池──“伏特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。它成为早期电学实验，电报机的电力来源。

世界上第一个真正意义上的电池──“伏特电堆”

1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。他使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，制造出第一个不极化，能保持平衡电流的锌─铜电池此后，这些电池都存在电压随着使用时间延长而下降的问题。当电池使用一段时间后电压下降时，可以给他通以反向电流，使电池电压回升。因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”。

高中课本上原电池和电解池的化学反应方程式就这样华丽丽地诞生了

1860年，法国的雷克兰士发明了世界广受使用的电池（碳锌电池）的前身。它的负极是锌和汞的合金棒（锌乃伏特原型电池的负极，经证明是作为负极制作材料的最佳金属之一），而它的正极是以一个多孔的杯子盛装着碾碎的二氧化锰和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作为电流收集器。负极棒和正极杯都被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。此系统被称为“湿电池”。雷克兰士制造的电池虽然简陋但却便宜，所以一直到1880年才被改进的“干电池”取代。负极被改进成锌罐（即电池的外壳），电解液变为糊状而非液体，基本上这就是现在我们所熟知的碳锌电池。

1887年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。

1890年爱迪生（ThomasEdison）（没错，就是一生有1000多项发明，坚信天才是1%灵感+99%汗水的那个）发明可充电铁镍电池，并将其作为汽车动力。1904年，他开始在新泽西的银湖出售新型蓄电池，很快蓄电池便投产了而且销路不错，但不久后用户们发现了这种蓄电池的几个严重问题——在车辆行驶时，电池中的化学液体会流出来；许多蓄电池还出现了电力衰减状况。因此爱迪生立刻把工厂关闭并停产蓄电池，并寻找蓄电池漏电的根源。直到1909年，爱迪生终于研制出性能更加良好的新型镍铁碱电池，可以让汽车跑100英里（相当于160公里）以上。

爱迪生发明可充电镍铁碱电池

现代社会——大放异彩

如今的电池大概分为三类：干电池、铅蓄电池和锂电池，是日常生活中名副其实的电能补给小助手。

干电池

干电池也叫锰锌电池，所谓干电池是相对于伏打电池而言，所谓锰锌是指其原材料。针对其它材料的干电池如氧化银电池，镍镉电池而言。锰锌电池的电压是15V。干电池是消耗化学原料产生电能的。它的电压不高，所能产生的持续电流不能超过1安培。日常生活中经常用到。

蓄电池

蓄电池是用一个玻璃槽或塑料槽，注满硫酸，再插入两块铅板，一块与充电机正极相连，一块与充电机负极相连，经过十几小时的充电就形成了一块蓄电池。它的正负极之间有2伏的电压。蓄电池的好处是可以反复多次使用。另外，由于它的内阻极小，所以可以提供很大的电流。用它给汽车的发动机供电，瞬时电流可达20多安培。蓄电池充电时是将电能贮存起来，放电时又把化学能转化为电能。目前广泛应用于汽车、火车、拖拉机、摩托车、电动车以及通讯、电站、电力输送、仪器仪表、UPS电源和飞机、坦克、舰艇、特种系统等领域。在二次电源使用中，已占有85%以上的市场份额。

锂电池

以锂为负极的电池。它是60年代以后发展起来的新型高能量电池。具有单体电池电压高，比能量大，储存寿命长（可达10年），高低温性能好，可在-40～150℃使用等优点。缺点是价格昂贵，安全性不高。另外电压滞后和安全问题尚待改善。目前广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、特种装备、特种航天等多个领域。

说了这么多，终于到了压轴环节，下面隆重向大家推荐本期终极大Boss——国内首个10万千瓦级电池储能电站！

该电站于今年7月18日在江苏镇江正式上线，它可以在用电低谷时充电储能，用电高峰时释放电力，突发故障时提供备用电源，相当于给城市电网安装了大型“充电宝”，开启了我国大型电池储能电站商业化运行的新阶段。

这一个个集装箱，就是一个个储能电池，加起来足足有10.1万千瓦，储存的电能，相当于一个20万千瓦的中型发电厂一小时发的电，可以同时满足17万户居民的用电需求。富兰克林和马森布罗克看到这里，恐怕要泪流满面了。而未来储能电池的制造成本还会不断下降，必将开启用能方式变革的新篇章。