一枚電池的前世今生

真氣人！游戲正玩到關鍵的地方，手機居然又沒電了！忍無可忍的徐來來把手機狠狠往床上一扔，喊道：“什么破電池！廢物一個！”

“喂喂，你這么說我太過分了少年！”只見手機的屏幕突然亮了起來，同時就像恐怖片里那樣，響起一個幽幽的聲音，“我們電池可是一件偉大的發(fā)明。如果沒有我們的話，人類的生活可就很不妙了！”

“這不用你來告訴我，老師在科學課上已經(jīng)讓我們做過作業(yè)了。觀察一下生活中都有哪些東西是需要電池的。”徐來來根本不害怕，還從書包里翻出了作業(yè)本，“看，電子表、鬧鐘、遙控器、筆記本電腦……還有太陽能飛機、汽車上的太陽能電池?！?/p>

“嗯，回答得不錯，但你知道我們電池是怎么會有電的嗎？”

哇，這可把徐來來難住了。于是，手機上開始出現(xiàn)了一張張圖片和文字：“電池，其實就是一個小型的化學反應器。通過電池里的化學物質(zhì)發(fā)生反應，產(chǎn)生高能電子，就可以為外部設備提供電力……”

“唉，你能讓我把游戲玩完了再講課嗎？我馬上就要通關了啊?！毙靵韥砜嘀槪Ьo牙關，把這句話咽進了肚子里。

謎一般的“巴格達電池”

1936年6月盛夏的一天，在伊拉克首都巴格達城近郊，工人們揮動鐵鍬，發(fā)掘出一座用巨大石板砌成的古代陵墓?？脊艑W家們從這座陵墓中發(fā)現(xiàn)了大量古波斯時代的文物。但是，其中最令他們驚訝的不是金銀財寶，而是一些銅管、鐵棒和陶器。

“這些小型銅管、鐵棒和陶器為何同金銀器等貴重物品一起埋葬在這里？它們有什么用途？”當時擔任伊拉克博物館館長的德國考古學家瓦利哈拉姆·卡維尼格對此百思不解。他立即組織力量，對這些銅管、鐵棒和陶器進行研究和鑒定。很快，他們就發(fā)現(xiàn)了一件異常奇特的陶器，它高15厘米，形似花瓶，瓶里裝滿了瀝青。瀝青之中埋有一根直徑2.6厘米、高9厘米的銅管。銅管內(nèi)包著一根鐵棒。它比銅管高出1厘米，高出的部分上有一層灰色偏黃的物質(zhì)，好像是一層鉛。鐵棒下端則塞有3厘米高的瀝青，使鐵棒同銅管相隔離。

經(jīng)過化學鑒定，卡維尼格宣布了一個驚人的消息：“這個帶有銅管和鐵棒的陶器是一個古代化學電池！只要向陶瓶內(nèi)倒入一些酸或堿性水，便可以發(fā)出電來。”他把這個陶器命名為“巴格達電池”。

2000年前的人類就開始做電池？這太不可思議了！考古界紛紛質(zhì)疑卡維尼格的發(fā)現(xiàn)，還有人認為他在造假。但在1970年，一些美國科學家做了一個“巴格達電池”的復制品，并把葡萄酒、銅礦石、硫磺和鹽酸等古代居民可以找到的物質(zhì)倒在里面混合，再把醋和檸檬汁注入銅管。結果，這個模型真的產(chǎn)生了電壓為1.5伏的電流！而且持續(xù)了18天。于是，這些科學家認為，“巴格達電池”應該是真實存在的。

可是，那時候又沒有家用電器，人們用這個電池來做什么呢？一位德國科學家做了實驗，他將一個小雕像抹上一層金粉水，隨后接通“巴格達電池”。兩個多小時后，一座栩栩如生的涂金雕像便出現(xiàn)在他眼前。顯然，這是一種原始的鍍金設備。當然也不排除一些古代醫(yī)生用這種微弱的電流來給人治病。

電池是如何工作的？

“好了，下面的科學課上老師都講過了。我們還做了小實驗，用水果發(fā)電?！毙靵韥斫K于插上了話。“現(xiàn)在可以讓我接著打游戲了嗎？”

“不錯，少年。水果發(fā)電其實是模仿了伏打電池的原理?！?800年，意大利物理學家伏打在一枚銅片和一枚鋅片中間夾上浸有鹽水的布片，就做成了一個可以發(fā)電的小單元。他再將這些小單元堆疊起來，就得到了“伏打電堆”，也就是最原始的電池。

每一個小單元能夠產(chǎn)生0.76伏特的電壓。通過將這些小單元串聯(lián)，積少成多，就可以得到一股不小的電壓了。而鹽水是一種可以導電的液體，它能將可溶解的電離子傳輸出來。所以，只要用導線將電堆的兩端連接起來，就能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。“可是，你平時用的電池并不是這個樣子吧？它們身上的電又是從哪里來的呢？”

咦，對啊。徐來來想起自己上二年級的時候，有一次好奇，把一枚電池給“解剖”了。結果發(fā)現(xiàn)它的外面是一個厚厚的、硬邦邦的鐵皮殼子，里面裝著一堆黑色的、粘乎乎的“藥粉”。奇怪，這些東西是怎么會發(fā)出電來的呢？“嗯，那你接著講講吧?！?/p>

每個人都知道，電池有正負兩極，一頭是“+”，另一頭是“-”。往電器里安電池的時候，必須要先看好正負極的位置，不能弄顛倒了。但在電池的內(nèi)部，正負極卻是里外兩層。正極是膠態(tài)的鋅粉和氫氧化鉀電解液，分布在整個電池的外層；而負極是二氧化錳和石墨的混合物，充滿了電池的內(nèi)層。這兩層之間用一層多孔的纖維布隔開，以防止它們直接接觸，造成電池內(nèi)部的短路。

除此之外，在電池的中心有一根銅做的內(nèi)芯。當電池里的兩層藥劑滲透了纖維布，開始發(fā)生化學反應時，會產(chǎn)生大量的電子。這根銅芯便會將電子傳導出來，集中到電池的“-”極上。當我們把電池安裝在設備上時，外面電路上的銅片就與電池里的銅芯形成了一個循環(huán)的電路。電子被銅芯傳導到“-”極，再流過電路，回到“+”極。這樣，電池就可以為電子表、鬧鐘、手電筒、收音機……等設備供電了。

隨著時間的推移，這兩層化學藥劑不斷發(fā)生反應，漸漸被消耗掉。于是，電池的電量就用完了。但是，里面仍然含有氫氧化鉀的電解液。如果放置時間過長，這些電解液就可能會滲漏出來。所以對于用過的廢舊電池一定要集中處理，否則就會污染環(huán)境。

一次電池vs充電電池

“一次性電池太浪費了！”徐來來想起了自己從小到大玩過的那些電動玩具，拆下來的舊電池都可以裝滿一個大罐子了?！斑€好現(xiàn)在有了充電電池……哦，我可以先給手機插上充電器嗎？”

“可不是只有手機上的電池才能充電哦！你還知道哪些能充電的電池呢？”這一問簡直讓徐來來崩潰了：這手機真的不是中了病毒嗎？

1859年，法國物理學家普蘭特發(fā)明了鉛蓄電池。它用填滿海綿狀鉛的鉛板作為負極，用填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用1.28%的稀硫酸代替鹽水來導電。電池在放電時，二氧化鉛會與稀硫酸中的水發(fā)生反應，釋放出氧離子和氫離子，生成不穩(wěn)定的氫氧化鉛。而負極上的金屬鉛則會被氧化，生成硫酸鋁，并釋放出多余的電子。而當這種電池被通電時，硫酸鉛和氫氧化鉛又會被還原成原來的鉛和二氧化鉛。所以這種電池是可以反復充電使用的。直到今天，汽車上使用的仍然是這種鉛蓄電池。

1989年，自學成才的美國發(fā)明家斯坦福·奧申斯基發(fā)明了鎳氫電池。這種電池由稀土元素的混合物加上鈦，或用錳、鎳、鈷等金屬元素的混合物制成。在充電時，這些元素可以與作為電解液的氫氧化鉀中的氫離子發(fā)生反應，形成金屬氫化物。然后再通過一系列化學反應還原，同時釋放出電能。這種高能充電電池綠色環(huán)保，能量高，壽命長。給人類能源的發(fā)展做出了巨大貢獻。

神奇的飛躍：鋰離子電池

1980年，美國的一位物理學教授發(fā)明了一種新型的鋰電池。鋰是周期表中最輕的元素之一，因此它能夠以最小的體積提供最高的電壓。

在這種新電池中，鋰和過渡金屬（比如鈷、鎳、錳以及鐵）與氧的化合物作為負極。在外加電壓之后，充電開始，帶正電的鋰離子會從負極遷移到用石墨材料制成的正極，重新變?yōu)榻饘黉?。因為金屬鋰極容易被氧化，它會遷移至負極并再次成為鋰離子，同時將身上帶著的電子轉(zhuǎn)移到其他金屬離子的身上。在這一循環(huán)中的電子移動提供了人們所需的強大電流。今天，我們在筆記本電腦、手機等大部分數(shù)碼設備上使用的都是鋰電池了。

鋰電池的每一個小單元都能夠提供更高的能量。但由于鋰和其他金屬的反應過度活躍，也會帶來不穩(wěn)定的后果。電池會更容易發(fā)熱，甚至出現(xiàn)自燃。20世紀90年代，索尼生產(chǎn)的一種氧化鋰鈷電池就頻頻發(fā)生著火事故。經(jīng)過不斷的改進，人們用鋰、鐵以及磷酸鹽構成新的鋰離子電池負極，解決了電池不穩(wěn)定的問題。這是電池技術的又一大飛躍。

現(xiàn)在，在特斯拉電動汽車上裝備的鋰電池容量已經(jīng)達到驚人的85千瓦時，已經(jīng)足夠滿足一個普通家庭的日常需要了。這樣的電池既能夠在汽車中使用，也能夠在家居生活中使用。而科學家們預測，未來的新型電池將能夠從家用太陽能和風能裝置中獲取足夠的能量，并將其儲存起來，在合適的時間拿出來使用，可以為全家提供未來數(shù)天所需的電力。

“明白了吧，少年？人類的生活是離不開電池的，下次早點準備好充電寶，可不要再把我們說成‘廢物了！”手機的屏幕終于慢慢地暗了下去。徐來來趕緊抓起它，一把插上電源——看來，以后人類的生活也離不開充電器了！