⑴ 电池的历史
电池发展历史
1800年
Alessandro Volta 发明世界上第一个电池.
1802年
Dr. William Cruikshank 设计了第一个便于生产制造的电池.
1836年
John Daniell 为提供稳定的放电电流,对电池做了改进
1859年
Gaston Planté 发明可充电的铅酸电池.
1868年
George Leclanché 开发出使用电解液的电池
1881年
J. A. Thiebaut 取得干电池专利.
1888年
Dr. Gassner 开发出第一个干电池.
1890年
Thomas Edison 发明可充电的铁镍电池
1896年
在美国批量生产干电池
1896年
发明D型电池.
1899年
Waldmar Jungner 发明镍镉电池.
1910年
可充电的铁镍电池商业化生产
1911年
我国建厂生产干电池和铅酸蓄电池(上海交通部电池厂)
1914年
Thomas Edison 发明碱性电池.
1934年
Schlecht and Akermann 发明镍镉电池烧结极板.
1947年
Neumann 开发出密封镍镉电池.
1949年
Lew Urry (Energizer) 开发出小型碱性电池.
1954年
Gerald Pearson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 开发出太阳能电池.
1956年
Energizer.制造第一个9伏电池
1956年
我国建设第一个镍镉电池工厂(风云器材厂(755厂)
⑵ 电池的发展史
电池的诞生基于人们对于获取持续而稳定的电流的需要,它的发展史如下:
1746年,荷兰莱顿大学的马森布罗克在发明了收集电荷的“莱顿瓶”。因为他看到好不容易收集的电却很容易地在空气中逐渐消失,他想寻找一种保存电的方法。
有一天,他用一支枪管悬在空中,用起电机与枪管连着,另用一根铜线从枪管中引出,浸入一个盛有水的玻璃瓶中,他让一个助手一只手握着玻璃瓶,马森布罗克在一旁使劲摇动起电机。
这时他的助手不小心将中另一只手与枪管碰上,他猛然感到一次强烈的电击,喊了起来。马森布罗克于是与助手互换了一下,让助手摇起电机,他自己一手拿水瓶子,另一只手去碰枪管。
1780年,意大利解剖学家伽伐尼(Luigi Galvani)在做青蛙解剖时,两手分别拿着不同的金属器械,无意中同时碰在青蛙的大腿上,青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下,仿佛受到电流的刺激,而如果只用一种金属器械去触动青蛙,就无此种反应。
伽伐尼认为,出现这种现象是因为动物躯体内部产生的一种电,他称之为“生物电”。
伽伐尼的发现引起了物理学家们极大兴趣的,他们竞相重复枷伐尼的实验,企图找到一种产生电流的方法,意大利物理学家伏特在多次实验后认为:伽伐尼的“生物电”之说并不正确,青蛙的肌肉之所以能产生电流,大概是肌肉中某种液体在起作用。
为了论证自己的观点,伏特把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验。结果发现,这两种金属片中,只要有一种与溶液发生了化学反应,金属片之间就能够产生电流。
1799年,意大利物理学家伏特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。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。
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”。
也是在1860年,法国的雷克兰士(George Leclanche)还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-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(Thomas Edison)发明可充电铁镍电池。
国家标准
IEC标准即国际电工委员会(International Electrical Commission),是由各国电工委员会组成的世界性标准化组织,其目的是为了促进世界电工电子领域的标准化。
其中关于镍镉电池的标准为IEC285,关于镍氢电池的标准是IEC61436,锂离子电池IEC标准,一般电池行业依据的是SANYO或Panasonic的标准。
电池常用IEC标准有镍镉电池的标准为IEC602851999;镍氢电池的标准为IEC614361998.1;锂电池的标准为IEC619602000.11。
电池常用国家标准有镍镉电池的标准为GB/T11013_1996GB/T18289_2000;镍氢电池的标准为GB/T15100_1994GB/T18288_2000;锂电池的标准为GB/T10077_1998YD/T998_1999,GB/T18287_2000。
另外电池常用标准也有日本工业标准JIS C关于电池的标准及SANYOPANASONIC公司制定的关于电池企业标准。
以上内容参考网络-电池 (将化学能转化成电能的装置)
⑶ 锂离子电池的发展过程
1970年,埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电。锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。举例来讲,以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。这种电池也可以充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中容易形成锂结晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。
1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。
1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。
1992年日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。此类以钴酸锂作为正极材料的电池,至今仍是便携电子器件的主要电源。
1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸铁锂(LiFePO4),比传统的正极材料更具安全性,尤其耐高温,耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。因此已成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的正极材料。
纵观电池发展的历史,可以看出当前世界电池工业发展的三个特点,一是绿色环保电池迅猛发展,包括锂离子蓄电池、氢镍电池等;二是一次电池向蓄电池转化,这符合可持续发展战略;三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。在商品化的可充电池中,锂离子电池的比能量最高,特别是聚合物锂离子电池,可以实现可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高,可充且无污染,具备当前电池工业发展的三大特点,因此在发达国家中有较快的增长。电信、信息市场的发展,特别是移动电话和笔记本电脑的大量使用,给锂离子电池带来了市场机遇。而锂离子电池中的聚合物锂离子电池以其在安全性的独特优势,将逐步取代液体电解质锂离子电池,而成为锂离子电池的主流。聚合物锂离子电池被誉为 “21世纪的电池”,将开辟蓄电池的新时代,发展前景十分乐观。
2015年3月,日本夏普与京都大学的田中功教授联手成功研发出了使用寿命可达70年之久的锂离子电池。此次试制出的长寿锂离子电池,体积为8立方厘米,充放电次数可达2.5万次。并且夏普方面表示,此长寿锂离子电池实际充放电1万次之后,其性能依旧稳定。
⑷ 电池选项中,发展历史最久的是
最久的是铅酸电池
⑸ 电池发展史谁有啊
电池的诞生
电池的诞生,基于人们对于获取持续而稳定的电流的需要。不过,电池的发明,是来源于一次青蛙的解剖实验所产生的灵感,多少有些偶然。
1780年的一天,意大利解剖学家伽伐尼(Luigi Galvani)在做青蛙解剖时,两手分别拿着不同的金属器械,无意中同时碰在青蛙的大腿上,青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下,仿佛受到电流的刺激,而如果只用一种金属器械去触动青蛙,就无此种反应。伽伐尼认为,出现这种现像是因为动物躯体内部产生的一种电,他称之为“生物电”。
伽伐尼的发现引起了物理学家们的极大兴趣,他们竞相重复伽伐尼的实验,企图找到一种产生电流的方法。而意大利物理学家伏特(Alessandro Volta)在多次实验后则认为:青蛙的肌肉之所以能产生电流,大概是肌肉中某种液体在起作用。为了论证自己的观点,伏特把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验。结果发现,这两种金属片中,只要有一种与溶液发生了化学反应,金属片之间就能够产生电流。1799年,伏特成功制成了世界上第一个电池“伏特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。
1836年,英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良,又陆续有效果更好的“本生电池”和“格罗夫电池”等问世。然而在当时,无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体,搬运很不方便,特别是蓄电池所用液体是硫酸,在挪动时很危险。
干电池的诞生
干电池的鼻祖在19世纪中期诞生。1860年,法国的雷克兰士(George Leclanche)发明了碳锌电池,这种电池更容易制造,且最初潮湿水性的电解液,逐渐被黏浊状类似糨糊的方式取代,于是装在容器内时,“干”性的电池出现了。
1887年,英国人赫勒森(Wilhelm Hellesen)发明了最早的干电池。相对于液体电池而言,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。
如今,干电池已经发展成为一个庞大的家族,种类达100多种。常见的有普通锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、镁-锰干电池等。不过,最早发明的碳锌电池依然是现代干电池中产量最大的电池。在干电池技术的不断发展过程中,新的问题又出现了。人们发现,干电池尽管使用方便、价格低廉,但用完即废,无法重新利用。另外,由于以金属为原料容易造成原材料浪费,废弃电池还会造成环境污染。于是,能够经过多次充电放电循环,反复使用的蓄电池成为新的方向。
事实上,蓄电池的最早发明同样可以追溯到1860年。当年,法国人普朗泰(Gaston Plante)发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是,当电池使用一段时间电压下降时,可以给它通以反向电流,使电池电压回升。因为这种电池能充电,并可反复使用,所以称它为“蓄电池”。
1890年,爱迪生发明可充电的铁镍电池,1910年可充电的铁镍电池商业化生产。如今,充电电池的种类越来越丰富,形式也越来越多样,从最早的铅蓄电池,铅晶蓄电池,到铁镍蓄电池以及银锌蓄电池,发展到铅酸蓄电池、太阳能电池以及锂电池等等。与此同时,蓄电池的应用领域越来越广,电容越来越大,性能越来越稳定,充电越来越便捷。
锂电池的产生
在电池这个领域,锂离子电池和燃料电池成为最令人瞩目的明星。
从上面的故事可以看出,整个电池的发展史也可以说是一个“试试各种金属能不能造电池”的历史。现在电池界最红的金属是“锂”。锂是所有金属里最轻的,比水还轻,而且特别活泼,需要保存在石蜡里。实际上,当初爱迪生就曾经发明过锂电池,但是由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高,所以锂电池长期没有得到应用。现在,人们对电池“求贤若渴”,这些问题也就不是问题了。恰好锂电池具有能量重量比高、电压高、自放电小、可长时间存放等优点,所以它在近30年中取得了巨大发展。我们用的计算机、计算器、照相机、手表中的电池都是锂电池。
锂电池组装完成后电池即有电压,不需充电。这种电池也可以充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。后来,索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物做正极,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。
锂离子电池的优势十分明显:工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长。锂离子电池通过锂离子在正负极之间跑来跑去来充电和放电。这个领域最牛的技术是“层迭电池结构”,也就是把好多个电池做成很薄的层然后迭在一起,这样可以用很小的体积达到很高的效率。所以,锂离子电池被广泛应用于汽车、笔记本、手机等行业。
后来河南鸿宾电池公司对锂电池进行研发,引入了冷注塑工艺技术,产生了冷注塑电电池---鸿宾电池,也就出现了高容量商务锂离子电池。现在高容量商务电池已进入人们的视线,被更多的人所关注。
燃料电池的发展
除了锂离子电池,还有一种电池很有前途,就是“燃料电池”,它是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。其中最实用的是使用氢或含富氢的气体燃料的燃料电池。
电池已经诞生了200多年,现在仍然在前进。无论是过去还是现在,电池的目标都没有改变:随时随地让人类享受电能的巨大恩惠。
⑹ 最原始的电池是谁发明的
1800年3月的一天,英国皇家学会收到了一封来信,打开一看,是宣布一项发明的信函,发明人是巴费尔大学的教授伏打,发明项目就是今天的化学电源——伏打电池。
在这之前,要获得电能只有两种方法:一种是从静电机上通过摩擦收集电荷,另一种是从电容器的老祖先——莱顿瓶中收集电荷。
为此,许多科学家都在孜孜不倦地研究新的电源。意大利博洛纳大学的教授伽伐尼,就是热心为此奋斗的一员。经过多年的研究,他发现:当用两片不同的金属片接触到青蛙大腿时,青蛙大腿就会骤然一抽,这是由电流造成的肌肉组织的收缩。于是教授宣布:动物体本身也蓄有电流,只要用金属片将电流引导出来就行。
当时,许多学者都相信这位教授关于“动物电”的理论,可是巴费尔大学的伏打教授就偏偏不相信。他坚信“动物电”是一种误解,它的正确答案应该是:当两种潮湿而不同的金属放在一起,就会产生电流。
他曾做过有趣而简单的实验:把自己的舌头夹在一张锡箔和一块银币中间,当用手指按紧银币和锡箔时,他感到有一种特殊的酸味。他又做了无数次类似的实验,最后确信:当两种不同的金属导体之间放进一个潮湿的导体时,这两种金属导体的端处会产生出电流。他当众做了一个着名的实验:用一块银币和一块与它一般大小的锌板,中间夹着一张潮湿的纸板,做成一组最原始的电池。伏打用20组、30组、60组这样的电池连接在一起,流出来的电流就相当多了。这时如果用手指去触及这一大串电池的两端,就会明显地感到麻酥酥的。如果用一根导线连着一端去触及另一端,就会看到闪闪的电火花。
麻酥酥的触电感觉和瞬间的火花给了伏打极大的鼓舞,他知道,人们要寻找的新电源已经来到了他的实验室里。他又日夜埋头实验,努力使这种新电源得到完善。他发觉潮湿纸板里的水容易被挤出来,影响电流的产生,就改用类似杯子的容器。以后又发现用食盐水代替普通水,会产生更多的电火花。这里的伏打电池已经达到实用的地步了。
当伏打宣布这一发明的一个月后,伏打电池就已被人们用来把水分解为氧气和氢气了。
⑺ 电池的发明及发展过程
电池
不管制造这个粘土瓶的祖先是否知道有关静电的事情,但可以确定的是古希腊人绝对知道。他们晓得如果磨擦一块琥珀,就能吸引轻的物体。亚里斯多德(Aristotle)也知道有磁石这种东西,它是一种具有强大磁力能吸引铁和金属的矿石。
1780年的一天,意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时,两手分别拿着不同的金属器械,无意中同时碰在青蛙的大腿上,青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下,仿佛受到电流的刺激,而只用一种金属器械去触动青蛙,却并无此种反就。伽伐尼认为,出现这种现象是因为动物躯体内部产生的一种电,他称之为 “生物电”。伽伐尼于1791年将此实验结果写成论文,公布于学术界。
伽伐尼的发现引起了物理学家们极大兴趣,他们竞相重复枷伐尼的实验,企图找到一种产生电流的方法,意大利物理学家伏特在多次实验后认为:伽伐尼的 “生物电”之说并不正确,青蛙的肌肉之所以能产生电流,大概是肌肉中某种液体在起作用。为了论证自己的观点,伏特把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验。结果发现,这两种金属片中,只要有一种与溶液发生了化学反应,金属片之间就能够产生电流。
1799年,伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里,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。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的制成了世界上第一个电池—— “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。
意大利物理学家伏打就多次重复了伽伐尼的实验。作为物理学家,他的注意点主要集中在那两根金属上,而不在青蛙的神经上。对于伽伐尼发现的蛙腿抽搐的现象,他想这可能与电有关,但是他认为青蛙的肌肉和神经中是不存在电的,他推想电的流动可能是由两种不同的金属相互接触产生的,与金属是否接触活动的或死的动物无关。实验证明,只要在两种金属片中间隔以用盐水或碱水浸过的(甚至只要是湿和)硬纸、麻布、皮革或其它海绵状的东西(他认为这是使实验成功所必须的),并用金属线把两个金属片连接起来,不管有没有青蛙的肌肉,都会有电流通过。这就说明电并不是从蛙的组织中产生的,蛙腿的作用只不过相当于一个非常灵敏的验电器而已。
1836年,英国的丹尼尔对 “伏打电堆”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,又称“丹尼尔电池”。此后,又陆续有去极化效果更好的 “本生电池”和 “格罗夫电池”等问世。但是,这些电池都存在电压随使用时间延长而下降的问题。
1860年,法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是,当电池使用一段使电压下降时,可以给它通以反向电流,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”。
然而,无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体,因此搬运很不方便,特别是蓄电池所用液体是硫酸,在挪动时很危险。
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。
将化学能、光能、热能、核能等直接转换为电能的装置。有化学电池、太阳电池、温差电池、核电池等。通常所说的电池指化学电池。
电池的性能参数主要有电动势 、容量、比能量和电阻。电动势等于单位正电荷由负极通过电池内部移到正极时,电池非静电力(化学力)所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质,与电池的大小无关。电池所能输出的总电荷量为电池的容量 ,通常用安培小时作单位。在电池反应中,1千克反应物质所产生的电能称为电池的理论比能量。电池的实际比能量要比理论比能量小。因为电池中的反应物并不全按电池反应进行,同时电池内阻也要引起电动势降,因此常把比能量高的电池称做高能电池。电池的面积越大,其内阻越小 。
电池的种类很多,常用电池主要是干电池、蓄电池,以及体积小的微型电池 。此外,还有金属-空气电池、燃料电池以及其他能量转换电池如太阳电池、温差电池、核电池等。
干电池 一种使用最广泛的化学电池。1865年法国人勒克朗谢在伏打电池的基础上研制了一种碳/二氧化锰/氯化铵溶液/锌体系的湿电池。经发展,干电池有100余种。除了锌 - 锰干电池外,还有镁 -锰干电池、锌 - 氧化汞干电池、锌-氧化银干电池等 。由于干电池的氧化和还原反应的可逆性很差,用完后一般不能用充电方法使正、负极活性物质恢复到原来状态,因此干电池又称为一次电池。最常用的干电池是锌-锰干电池,有糊式、纸板式、碱式和叠层式几种。
糊式锌-锰干电池 由锌筒 、电糊层、二氧化锰正极 、炭棒、铜帽等组成。最外面的一层是锌筒,它既是电池的负极又兼作容器,在放电过程中它要被逐渐溶解;中央是一根起集流作用的碳棒;紧紧环绕着这根碳棒的是一种由深褐色的或黑色的二氧化锰粉与一种导电材料(石墨或乙炔黑)所构成的混合物,它与碳棒一起构成了电池的正极体,也叫炭包。为避免水分的蒸发,干电池的上部用石蜡或沥青密封 。锌-锰干电池工作时的电极反应为锌极:Zn→Zn2++2e
碳极:
纸板式锌-锰干电池 在糊式锌-锰干电池的基础上改进而成。它以厚度为 70~100微米的不含金属杂质的优质牛皮纸为基,用调好的糊状物涂敷其表面,再经过烘干制成纸板,以代替糊式锌-锰干电池中的糊状电解质层。纸板式锌-锰干电池的实际放电容量比普通的糊式锌 -锰干电池要高出2~3倍。标有“高性能”字样的干电池绝大部分为纸板式。
碱性锌 -锰干电池 其电解质由汞齐化的锌粉、35%的氢氧化钾溶液再加上一些钠羧甲基纤维素经糊化而成 。由于氢氧化钾溶液的凝固点较低、内阻小 ,因此碱性锌 -锰干电池能在-20℃温度下工作,并能大电流放电。碱性锌 - 锰干电池可充放电循环40多次,但充电前不能进行深度放电(保留60%~70%的容量),并需严格控制充电电流和充电期终的电压。
叠层式锌-锰干电池 由几个结构紧凑的扁平形单体电池叠在一起构成。每一个单体电池均由塑料外壳、锌皮、导电膜以及隔膜纸、炭饼(正极)组成。隔膜纸是一种吸有电解液的表面有淀粉层的浆层纸,它贴在锌皮的上面;隔膜纸上面是炭饼。隔膜纸如同糊式干电池的电糊层,起隔离锌皮负极和炭饼正极的作用。叠层式锌 - 锰干电池减去了圆筒形糊式干电池串联组合的麻烦,其结构紧凑、体积小、体积比容量大,但贮存寿命短且内阻较大,因而放电电流不宜过大。
蓄电池 通过充电将电能转变为化学能贮存起来,使用时再将化学能转变为电能释放出来的一种化学电池。其转变的过程是可逆的。当蓄电池已完全放电或部分放电后,两电极板表面形成新的化合物,这时若用适当的反向电流通入蓄电池,就可以使在放电过程中形成的化合物还原为原先的活性物质,供下次放电再用,此过程叫充电,即将电能以化学能的形式贮存在蓄电池中。电池接通负载供给外电路电流的过程叫放电 。 蓄电池的充电和放电过程可以重复循环多次,故蓄电池又称为二次电池 。 按所使用的电解质溶液的不同,蓄电池分为酸性和碱性两大类。按正负极板所使用的活性物质材料又有铅蓄电池、镉镍、铁镍、银锌、镉银蓄电池等几种。铅蓄电池为酸性电池,后四种为碱性电池。
铅蓄电池 由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅(PbO2),负极板是灰色的绒状铅(Pb),当两极板放置在浓度为27%~37%的硫酸( H2SO4 )水溶液中时 ,极板的铅和硫酸发生化学反应,二价的铅正离子( Pb2+)转移到电解液中,在负极板上留下两个电子( 2e- )。由于正负电荷的引力,铅正离子聚集在负极板的周围,而正极板在电解液中水分子作用下有少量的二氧化铅( PbO2 )渗入电解液,其中两价的氧离子和水化合,使二氧化铅分子变成可离解的一种不稳定的物质——氢氧化铅〔Pb(OH4〕)。氢氧化铅由4价的铅正离子(Pb4+)和4个氢氧根〔4(OH)-〕组成。4价的铅正离子(Pb4+)留在正极板上,使正极板带正电。由于负极板带负电,因而两极板间就产生了一定的电位差,这就是电池的电动势。当接通外电路,电流即由正极流向负极。在放电过程中,负极板上的电子不断经外电路流向正极板,这时在电解液内部因硫酸分子电离成氢正离子(H+)和硫酸根负离子(SO42-),在离子电场力作用下,两种离子分别向正负极移动,硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸铅( PbSO2 )。在正极板上,由于电子自外电路流入,而与4价的铅正离子(Pb4+)化合成 2价的铅正离子( Pb2+),并立即与正极板附近的硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上。铅蓄电池正、负极板在放电过程中的化学反应为
随着蓄电池的放电,正负极板都受到硫化,同时电解液中的硫酸逐渐减少,而水分增多,从而导致电解液的比重下降在实际使用中,可以通过测定电解液的比重来确定蓄电池的放电程度。在正常使用情况下,铅蓄电池不宜放电过度,否则将使和活性物质混在一起的细小硫酸铅晶体结成较大的体,这不仅增加了极板的电阻,而且在充电时很难使它再还原,直接影响蓄池的容量和寿命。铅蓄电池充电是放电的逆过程。充电时总的化学反应为
铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环 、贮存性能好 ( 尤其适于干式荷电贮存)、造价较低,因而应用广泛。采用新型铅合金,可改进铅蓄电池的性能。如用铅钙合金作板栅,能保证铅蓄电池最小的浮充电流、减少添水量和延长其使用寿命;采用铅锂合金铸造正板栅 ,则可减少自放电和满足密封的需要 。此外,开口式铅蓄电池要逐步改为密封式,并发展防酸、防爆式和消氢式铅蓄电池。
碱性蓄电池 与同容量的铅蓄电池相比,其体积小,寿命长,能大电流放电,但成本较高。碱性蓄电池按极板活性材料分为铁镍、镉镍、锌银蓄电池等系列。以镉镍蓄电池为例,碱性蓄电池的工作原理是:蓄电池极板的活性物质在充电后,正极板为氢氧化镍〔 Ni(OH)3 〕,负极板为金属镉( Cd );而 放 电 终 止时,正极 板转 变为 氢 氧化 亚镍〔 Ni(OH2)〕, 负极板转 变 为氢 氧 化镉〔Cd (OH) 2〕,电解液多选用氢氧化钾( KOH)溶液。在充放电过程中总的化
由充放电过程中的化学反应可知,电解液仅作为电流的载体而浓度并不发生变化,因而只能根据电压的变化来判断
充放电的程度。镉镍密封蓄电池在充电过程中,正极析出氧气,负极析出氢气。由于镉镍密封蓄电池在制造时负极物质是过的,这就避免了氢气的发生;而在正极上产生的氧气,由于电化学作用被负极吸收,因此防止了气体在蓄电池内部集聚,从而保证了蓄电池在密封条件下正常工作。镉镍蓄电池已有了几十年的历史,最初用作牵引、起动、照明及信号电源,现代用作内燃机车、飞机的起动及点火电源。60年代制成的密封式电池则用作人造卫星、携带式电动工具、应急装备的电源。镉镍蓄电池改进的方向之一是采用双极性结构,这种结构的内阻很小,适用于脉冲大电流放电,能满足大功率设备的供电需要;此外,电极采用压成式、烧结式和箔式。
金属-空气电池 以空气中的氧气作为正极活性物质,金属作为负极活性物质的一种高能电池。使用的金属一般是镁、铝、锌、镉、铁等;电解质为水溶液。其中锌空气电池已成为成熟的产品。
金属 -空气电池具有较高的比能量,这是因为空气不计算在电池的重量之内。锌空气电池的比能量是现生产的电池中最高的,已达 400瓦·小时/千克(Wh/kg),是一种高性能中功率电池,并正向高功率电池的方向发展。目前生产的金属-空气电池主要是一次电池;研制中的二次金属-空气 电 池 为 采 用 更 换 金 属 电 极的 机 械 再 充 电电池 。 由于金属 - 空 气电池工作时要不断地供应空气,因此它不能在密封状态或缺少空气的环境中工作。此外,电池中的电解质溶液易受空气湿度的影响而使电池性能下降;空气中的氧会透过空气电极并扩散到金属电极上,形成腐蚀电池引起自放电 。
燃料电池 只要连续供应化学原料就能发生化学反应 ,而将化学能转变为电能的电解质电池。这些化学原料在电池内部(一种原料在正极而另一种在负极)发生反应时,必须防止它们直接反应,否则将产生化学短路,不能从反应中获得电能。适用于燃料电池的化学反应主要是燃烧反应,进入实用阶段的只有氢氧燃料电池。由于氢氧燃料电池要使用贵重金属铂作电极材料,成本过高,因此这种电池现在仅用作宇宙飞船的电源。燃料电池的转换效率高、比能高,工作时无噪声无污染,结构简单。
其他能量转换电池 主要有:①太阳电池。将太阳光的能量转换为光能的装置,由半导体制成。当太阳光照射电池表面时,半导体PN结的两侧形成电位差。其效率在10%以上。②温差电池。将两种金属接成闭合回路,并在两接头处保持不同温度时,回路中就会产生温差电动势,这种装置称作温差电偶 。将温差电偶串联成温差电堆时 ,即 构成 温 差电池。也可用半导体材料制成温差电池,其温差效应较强。③核电池。将核能直接转换成电能的装置称做核电池。通常由辐射β射线(高速电子流)的放射性源、收集这些电子的集电器以及绝缘体 3 部分组成。放射性源一端因失去负电而成为正极,集电器一端得到负电成为负极,两电极间形成电位差。这种核电池电压高,但电流小
⑻ 谁发明了电池
今天,电池已经广泛地使用于人们日常生活之中。手电筒、收音机、电信仪表等,都离不开电池。不过,这种电池是经过多次改进而制成的,称为干电池。最初的电池可不是现在这个样子。从电池的“池”字可以看到,它最初是与液体联系在一起的。最初的电池,是把金属片放在装满盐水或稀硫酸的瓶子里,通过化学反应,将化学能变成电能的装置。发明这种装置的人,就是亚历山德罗·伏打。
意大利北部阿尔卑斯山南麓,有一座古老的城市,名叫科莫。科莫属于伦巴地区,经济比较繁荣。1745年2月18日,伏打就出生在这里。他的父亲是一位伯爵。伏打兄弟姐妹共8人,除他以外,都是神职人员。他的哥哥路易乔是个大主教。这个贵族家庭虽已趋于破落,但却为青少年时代的伏打提供了优越的生活环境和学习条件。
据说,伏打4岁时才会说话。家里的人都以为他很迟钝,智力不高。可是,7岁以后,他在学习上很快就赶上并超过了其他的孩子。上学时,他特别喜爱自然科学,而且喜欢同别人争论。伏打14岁时,就曾表示要当一个物理学家。他阅读了英国科学家普利斯特利的电学着作后,对电学产生了浓厚的兴趣。24岁时发表了第一篇论文,题为《关于电火的引力及其有关的现象》。这篇论文,在当时的科学界引起广泛注意,产生了很大影响。
1774年,29岁的伏打成为科莫皇家学校的一名物理教师。第二年,他发明了一种靠静电感应原理提供电源的装置。这个装置的制作方法是,将松香、松节油和蜡混合熔化,装在一个金属圆盆内,冷却之后,成为表面平滑的圆饼。再用锡做一个圆板,板面比圆饼面略小,板上安个玻璃柄,将锡板盖在圆饼上。做成后,只要用猫皮或毛布摩擦圆饼面,再把锡板放在圆饼之上,用手指按一下,再握着玻璃柄把锡板提起来,这时锡板上便会产生电。重复以上动作,便能继续得到电荷。伏打把这个装置叫做“起电盆”(也叫“起电盘”)。此外,他还发现并分离了甲烷气体,进行过各种气体的爆炸试验。
早年,伏打除了在故乡科莫从事科研活动外,还在帕维亚进行过科学研究和实验,并且发明和制作了许多仪器。其中有一种重要仪器,叫做“验电器”。这个仪器可以检验很小的电量。帕维亚离科莫不远,是米兰南面的一座城市,历史悠久,文化发达。1779年,伏打被聘任为帕维亚大学物理学教授。
为了了解自然科学研究方面的进展情况和最新信息,伏打还到欧洲一些国家去进行参观访问,广泛接触许多成就卓着的专家学者。他同法国的着名化学家拉瓦锡有过交往。拉瓦锡曾将自己的一幅画像赠送给他,以资留念,并在题词中称伏打为“我的学生和朋友”。1782年,他曾到过斯洛伐克,访问了着名的班斯卡希提亚夫尼察矿业学院。也就在这一年,他成为法国科学院的院士。后来,伏打又到了英国,并于1791年被选为英国皇家学会会员。由于他在电学和化学上的科学贡献,曾荣获英国皇家学会的科普利奖章。
意大利波伦亚大学有位教授,名叫伽瓦尼。他提出了动物身上带电的说法。早在1780年,伽瓦尼偶然观察到,在放电火花附近,,或者在雷雨来临时,青蛙腿与金属环相接触,就会发生颤动。几年之后,他又发现只要用两种不同金属组成的环与蛙腿接触,蛙腿也会颤动起来。这个现象表明,伽瓦尼事实上已经发现了电流,可是他并没有认识到这一点。他认为,这可能是青蛙的肌肉中含有一种“动物电”。1791年,伽瓦尼发表了关于青蛙神经和肌肉切片试验的论文,宣称青蛙体内存在着电。于是,便产生了所谓“动物电”的学说。
伽瓦尼是伏打的朋友。当伏打得知伽瓦尼有关“青蛙试验”的消息时,最初是赞成“动物电”学说的。可是,在进行过多次实验之后,便否定了伽瓦尼的说法。他认为,青蛙腿之所以发生颤动,是因为有两种不同的金属相接触,因而产生了电流的缘故,并不是青蛙体内存在着电。1794年,伏打单独用金属进行实验,发现不需要通过动物组织,也能产生电流。于是,他认为电流的产生与动物的肌肉组织无关,从而提出了金属生电的看法。
伏打和伽瓦尼的争论,引起了动物生电派与金属生电派之间的很多争论。论战的一方以伽瓦尼为首,并得到德国科学家洪堡的支持;另一方以伏打为首,得到法国科学家库伦的支持。这场争论发生在18世纪末,是非常自然的事情,因为当耐尚处在电学研究的初期,人们对电的本质和来源并不十分了解。对于绝大多数人来说,电还是一种神秘的东西啊。
伽瓦尼为了证明动物电的存在,在实验中用两只青蛙,使它们的腿筋互相接触,发现也能得到电流。这是什么缘故呢?难道不是说明青蛙身上确实有电吗?伏打虽然一时还解释不了其中的原因,但是坚信动物生电的说法不对。他继续进行实验,以便找到推翻动物生电说的理由。伽瓦尼则坚持自己的观点。直到1798年伽瓦尼去世后,两派的争论还在继续。
伏打为了证实没有所谓的“动物电”,进行了一系列的观察和实验。有一天他在自己身上做了一次奇特的实验。他把一小块银板放在自己的舌头上面,将一小块铅板放在舌头下面。当这两块金属板的边缘接触时,他的舌头便觉得有点奇怪的滋味。如果两块板的边缘不接触,就没有那种滋味了。他把银板和铅板的位置互相调换一下,它们的边缘接触时又能得到另一种滋味。他还发现,如果两块板为同一种金属,便不会产生任何影响。伏打根据这个实验进行推论,认为他自己的舌头并没有电,它只不过是两种金属板接触后所产生的电的传导体而已。由此,伏打得出结论,伽瓦尼进行实验时,青蛙腿之所以发生颤动,并不是青蛙本身有电,而是因为两种金属接触后所产生的电,通过青蛙这个导电体时所产生的一种现象。
伽瓦尼的动物生电说和伏打的金属生电说之间的争论,最后以伏打的胜利而告终。伏打在这场争论中,为了使金属生电说更有说服力,他使用了许多种金属进行实验。通过这些实验,他又获得了一些新的发现。其中有些发现,在电学研究的初期非常重要,值得提出来说一说。
伏打在实验中发现,各种金属产生电荷的情况很不相同。有些金属能产生很多的电,而有些金属则只能够产生很少的电。不仅如此,不同金属所产生的电,还具有不同的性质。例如,锌与铜接触后,产生了电。但是,锌产生的电,与玻璃和丝绸相摩擦后所产生的电相似。而铜产生的电,则与火漆或松香被羊毛或猫皮摩擦后所产生的电相似。那时候,把前一种电叫做“玻璃质的电”,后一种则称为“松香质的电”。这两种电是互相吸引的。后来,有人将这两种不同性质的电,分别称为“阳电”(也叫“正电”)和“阴电”(也叫“负电”)。所谓“玻璃质的电”就是阳电,而所谓“松香质的电”则是阴电。
经过多次实验之后,伏打将几种主要金属,按它们电位差的大小,排列出一个序列。这就是:锌、铅、锡、铁、铜、银、金。在这个序列中,任何两种金属相接触,总是位于序列前面的带阳电(正电),位于序列后面的带阴电(负电)。他还发现,在这个序列中,相距愈远的两种金属接触时,能够收到更强的生电效果;最强的效果,发生在序列中处于首位的金属(锌)与处于末位的金属(金)相接触的时候。
伏打的这些发现,不仅进一步为金属生电的观点找到了更多的根据,而且为他发明电池打下了良好的基础。
伏打虽然不同意伽瓦尼的动物电学说,但是却从多次重复伽瓦尼的“青蛙试验”中受到启发,并进一步进行金属接触生电的实验和研究。正如他自己说过的,假如没有伽瓦尼的工作基础,他就不会产生搞自己这种电池的念头。由此可见,同伽瓦尼的争论,对于伏打来说,是很有积极意义的。
伏打发明电池,经历了一个不断探索和改进的过程。
1799年,他在进行两种不同金属接触生电的实验中,设计制造了一种装置,称为“电堆”。起初他想,既然两种不同的金属相接触,就能生电,那么,如果把这两种金属一对对地重叠起来,不是就可以得到更强的电流吗?于是,他选择锌和铜两种金属,进行实验。
他将一块圆形铜板放在桌面上,铜板上面放一块在硫酸和水里浸湿的布,布的上面再放一块圆形锌板。这样就构成了一组。接着,又按同样方式将铜板、湿布、锌板叠起来,构成另一组。这样,依次一组组地加上去,最后积成一个大堆。这堆东西的顶端为锌板,底端是铜板。锌板和铜板各系一根金属线。当这两根金属线接触或分开时,线端上便出现了电火花。这表明,电堆中已经有电流产生了。这种利用化学作用来产生电流的装置,便叫做“伏打电堆”。
可是,这种电堆有个很大的缺点,就是不能持久。因为在硫酸和水里浸湿的布,很快就干了,干了就不能发挥作用,所以电流也就产生不出来了。于是,伏打继续研究改良电堆的方法,使它能够长久地产生电流。
经过多次实验,他终于找到了解决的办法。他取一个玻璃瓶,里面盛满盐水(或者稀硫酸)。再将一个锌片和一个铜片对着竖立在瓶内的盐水里面,互不接触。然后,用一根金属线将锌片和铜片的上端连接起来。于是,电流就不断地产生出来了。在盐水里面,有电由锌片流到铜片上去;在盐水外面,则有电由铜片流向锌片。这种产生电流的玻璃容器,称为“伏打电瓶”。接着,伏打又将许多这种电瓶连接起来,使之组成一个环形。这样,电流便由一对锌片与铜片依次传到另一对锌片与铜片上去。由于电瓶增多,电流的强度便加大了。这种装置,被称为“伏打连环电瓶”。
“伏打电瓶”是1800年发明的。后来,人们把它叫做“伏打电池”。这年3月,伏打写信给当时英国皇家学会会长班克斯勋爵,宣布了他的这项发明。虽然在“伏打电池”问世以前,大约1745年,荷兰莱顿大学教授马森布洛克曾经发明一种“莱顿瓶”,可以生电,供科学实验之用,但是“莱顿瓶”放电很快,不能提供恒稳的电流。由于伏打电池可以提供经久不衰的电流,因此它传到英国后,很快便在科学实验中得到普遍的应用。
伏打电池的发明,对电学的发展起到了积极的推动作用。科学家们利用伏打电池提供的持续电源,进行各种实验,获得了许多重要发现。其中,电化学和电磁学的研究进展,就与伏打电池的使用有着密切的关系。这一切,都与伏打的贡献分不开。
⑼ 蓄电池的发展历史。
在古代,人类有可能已经不断地在研究和测试“电”这种东西了。一个被认为有数千年历史的粘土瓶在1932年于伊拉克的巴格达附近被发现。它有一根插在铜制圆筒里的铁条-可能是用来储存静电用的,然而瓶子的秘密可能永远无法被揭晓。
不管制造这个粘土瓶的祖先是否知道有关静电的事情,但可以确定的是古希腊人绝对知道。他们晓得如果摩擦一块琥珀,就能吸引轻的物体。亚里斯多德(Aristotle)也知道有磁石这种东西,它是一种具有强大磁力能吸引铁和金属的矿石。
1780年,意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时,两手分别拿着不同的金属器械,无意中同时碰在青蛙的大腿上,青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下,仿佛受到电流的刺激,而只用一种金属器械去触动青蛙,却并无此种反就。伽伐尼认为,出现这种现象是因为动物躯体内部产生的一种电,他称之为“生物电”。伽伐尼于1791年将此实验结果写成论文,公布于学术界。
伽伐尼的发现引起了物理学家们极大兴趣,他们竞相重复枷伐尼的实验,企图找到一种产生电流的方法,意大利物理学家伏特在多次实验后认为:伽伐尼的“生物电”之说并不正确,青蛙的肌肉之所以能产生电流,大概是肌肉中某种液体在起作用。为了论证自己的观点,伏特把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验。结果发现,这两种金属片中,只要有一种与溶液发生了化学反应,金属片之间就能够产生电流。
1799年,伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里,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。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的制成了世界上第一个电池──“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。
意大利物理学家伏特就多次重复了伽伐尼的实验。作为物理学家,他的注意点主要集中在那两根金属上,而不在青蛙的神经上。对于伽伐尼发现的蛙腿抽搐的现象,他想这可能与电有关,但是他认为青蛙的肌肉和神经中是不存在电的,他推想电的流动可能是由两种不同的金属相互接触产生的,与金属是否接触活动的或死的动物无关。实验证明,只要在两种金属片中间隔以用盐水或碱水浸过的(甚至只要是湿和)硬纸、麻布、皮革或其它海绵状的东西(他认为这是使实验成功所必须的),并用金属线把两个金属片连接起来,不管有没有青蛙的肌肉,都会有电流通过。这就说明电并不是从蛙的组织中产生的,蛙腿的作用只不过相当于一个非常灵敏的验电器而已。
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,又称“丹尼尔电池”。此后,又陆续有去极化效果更好的“本生电池”和“格罗夫电池”等问世。但是,这些电池都存在电压随使用时间延长而下降的问题。
1860年,法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是,当电池使用一段使电压下降时,可以给它通以反向电流,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”。
然而,无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体,因此搬运很不方便,特别是蓄电池所用液体是硫酸,在挪动时很危险。
也是在1860年,法国的雷克兰士(GeorgeLeclanche)还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-伏特原型电池的负极,经证明是作为负极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Thomas Edison 发明可充电的铁镍电池
1896年在美国批量生产干电池
1896年发明D型电池.
1899年Waldmar Jungner 发明镍镉电池.
1910年可充电的铁镍电池商业化生产
1911年我国建厂生产干电池和铅酸蓄电池(上海交通部电池厂)
1914年Thomas Edison 发明碱性电池.
1934年Schlecht and Akermann 发明镍镉电池烧结极板.
1947年Neumann 开发出密封镍镉电池.
1949年Lew Urry (Energizer) 开发出小型碱性电池.
1954年Gerald Pearson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 开发出太阳能电池.
1956年Energizer.制造第一个9伏电池
1956年我国建设第一个镍镉电池工厂(风云器材厂(755厂))
1960前后Union Carbide.商业化生产碱性电池,我国开始研究碱性电池(西安庆华厂等三 家合作研发)
1970前后出现免维护铅酸电池.
1970前后一次锂电池实用化.
1976年Philips Research的科学家发明镍氢电池.
1980前后开发出稳定的用于镍氢电池的合金.
1983年我国开始研究镍氢电池(南开大学)
1987年我国改进镍镉电池工艺,采用发泡镍,电池容量提升40%
1987前我国商业化生产一次锂电池
1989年我国镍氢电池研究列入国家计划
1990前出现角型(口香糖型)电池,
1990前后镍氢电池商业化生产.
1991年Sony.可充电锂离子电池商业化生产
1992年Karl Kordesch, Josef Gsellmann and Klaus Tomantschger 取得碱性充电电池 专利
1992年Battery Technologies, Inc.生产碱性充电电池
1995年我国镍氢电池商业化生产初具规模
1999年可充电锂聚合物电池商业化生产
2000年我国锂离子电池商业化生产
2000后燃料电池,太阳能电池成为全世界瞩目的新能源发展问题的焦点.