自從公元前250年被發(fā)明以來，電池已經(jīng)走過了一段漫長的旅程。Flickr/Patty, CC BY-NC-SA

電池，從本質(zhì)上來說，就是一種能夠?qū)?chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備?；旧?，電池就是一個(gè)小型化學(xué)反應(yīng)器，通過反應(yīng)產(chǎn)生高能電子，用以注入外部設(shè)備之中。

電池出現(xiàn)的時(shí)間之早超出了我們的想象。1938年，巴格達(dá)博物館主任在該博物館的地下室中，找到了現(xiàn)在被稱為“巴格達(dá)電池”的原始電池。分析表明，這一原始電池可以追溯到公元前250年，屬于美索不達(dá)米亞文明時(shí)期的造物。

這枚最早的電池引發(fā)了很多的爭論。對(duì)于它的用途，人們眾說紛紜，可能的假說包括用于電鍍，止痛或者是人們通過與之接觸時(shí)的刺痛感，來產(chǎn)生宗教體驗(yàn)。

美國發(fā)明家本杰明·富蘭克林在1749年首次使用了“Battery”這一詞語。當(dāng)時(shí)他使用了一組串聯(lián)的電容器來進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)。

真正意義上的現(xiàn)代電池是由意大利物理學(xué)家Alessandro Volta于1800年發(fā)明的。他通過在一枚銅片和一枚鋅片中間夾上浸有鹽水的布片構(gòu)筑成一個(gè)小單元，再將這些小單元堆疊起來，就得到了“伏打電堆”。

導(dǎo)線將電堆的兩端連接起來，就能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。每一個(gè)小單元能夠產(chǎn)生0.76伏特（V）的開路電壓。通過將這些小單元串聯(lián)，我們能夠得到電壓相當(dāng)于每一個(gè)小單元電壓的總和。

鉛蓄電池是目前已知最持久的電池之一，它發(fā)明于1859年，現(xiàn)在仍然用于大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)汽車的點(diǎn)火。它也是最早的可重復(fù)充電的電池。

汽車電池。Flickr/Asim Bharwani, CC BY-NC-ND

時(shí)至今日，電池的尺寸可大可小，大至兆瓦級(jí)別，用于儲(chǔ)存太陽能電廠或是變電站的電力，以保證某一區(qū)域穩(wěn)定的能源供應(yīng)；小至紐扣大小，為你佩戴的電子手表提供動(dòng)力。

不同的電池基于不同的化學(xué)反應(yīng)，這也使得每一個(gè)不同的小單元有著不同的開路電壓，通常在1.0至3.6V之間。通過串聯(lián)這些小單元，我們能夠增加電壓；而并聯(lián)這些小單元?jiǎng)t能夠增強(qiáng)電流。這一規(guī)律被我們用來增加電壓和電流，以提供我們所需要的電流和電壓，即便是兆瓦級(jí)別的電池，它的電壓和電流也是通過這個(gè)最基本規(guī)律得到的。

現(xiàn)在人們預(yù)測，電池技術(shù)將再次迎來一次飛躍。新的電池模型將能夠從家用太陽能和風(fēng)能裝置中獲取足夠的能量，并有足夠的容量將其儲(chǔ)存，在合適的時(shí)間（通常是夜晚）為一整個(gè)家庭提供未來數(shù)天所需的電力。

電池是如何工作的

當(dāng)化學(xué)反應(yīng)開始時(shí)，額外的電子被釋放出來，電池即開始放電。額外電子釋放的一個(gè)例子是在鐵氧化生銹的過程中，鐵與氧氣發(fā)生反應(yīng)，將電子釋放給氧氣，形成鐵的氧化物。

標(biāo)準(zhǔn)的電池構(gòu)造是將兩塊化學(xué)勢(shì)不同的金屬或是化合物用一層多孔絕緣體隔開?；瘜W(xué)勢(shì)即是儲(chǔ)存于原子與化學(xué)鍵之間的能量，當(dāng)電子能夠自由地在連接的外部設(shè)備中移動(dòng)的時(shí)候，這些能量能夠傳遞給那些運(yùn)動(dòng)的電子。

鹽水這樣的導(dǎo)電液體常常被用來傳輸可溶解的離子，在反應(yīng)過程中，這些離子在溶液中可以從一種金屬的表面轉(zhuǎn)移到另一種金屬的表面，我們通常稱這樣的導(dǎo)電液體為電解質(zhì)。

在放電過程中，失去電子的金屬或化合物被稱為陽極，得到電子的金屬或化合物被稱為陰極。在外電路中，電子流從陽極流向陰極，這就是我們用以驅(qū)動(dòng)電力設(shè)備的“電流”。

一次電池vs充電電池

產(chǎn)生電流之后，有些電池的狀態(tài)無法逆轉(zhuǎn)，我們將這種電池稱為一次電池。當(dāng)反應(yīng)物之一消耗殆盡，這種電池便無法再使用了。

最常見的一次電池是碳鋅電池。若電解質(zhì)為堿性，這種電池能更加持久耐用。這也就是我們通常在超市購買到的堿性電池。

我們?cè)谌粘Ｉ钪谐Ｓ玫膲A性電池。Flickr/Simon Greig, CC BY-NC-SA