鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:4808次 | 2019年01月09日
電池的進(jìn)化史介紹
說(shuō)起電池,大家應(yīng)該都不陌生,它早已“飛入尋常百姓家”,成為了我們的日常生活中密不可分的一部分。手機(jī)、電腦、鐘表甚至電動(dòng)汽車,都與電池“休戚相關(guān)”(不少朋友還患上了“手機(jī)低電量焦慮癥”o(╯□╰)o)。然而,你知道如今廣泛使用的電池是從何而來(lái)的么?它的“成長(zhǎng)歷程”中隱藏著哪些有趣的故事呢?今天我們就來(lái)聊一聊電池進(jìn)化史。
遠(yuǎn)古時(shí)代——蒙昧無(wú)知
人類對(duì)于電的認(rèn)知是逐步遞進(jìn)的。早期由于吃貨屬性,人們大概沒(méi)少被水里的電魚電擊。大約公元前2750年的埃及文獻(xiàn)中就有此類記載,稱電魚為“尼羅河的雷使者”,意為可以保護(hù)所有魚類。那時(shí),電=雷。
后來(lái),許是某個(gè)狂風(fēng)暴雨雷聲大作的夜晚,聰明的阿拉伯人看到閃電如雪亮長(zhǎng)刀劃過(guò)陰沉沉的蒼穹,斬?cái)囹皠诺臉涓?,劈裂瑟縮的草屋,帶著麻酥酥的顫意從身上滾過(guò),而后雷聲才接踵而至。他們猛然醒悟,電不是雷產(chǎn)生的,或者說(shuō)不只是雷產(chǎn)生的,可能還有閃。
然而,因?yàn)槔纂妬?lái)無(wú)影去無(wú)蹤,且不常出現(xiàn),根本無(wú)法貯存研究。所以,數(shù)千年來(lái)人們都把它歸為神秘的自然力量。而眾所周知,一旦什么東西被套上“神秘”二字,我們中國(guó)的老祖宗們必會(huì)想方設(shè)法安插個(gè)崗位,好塞人進(jìn)去。于是雷公和電母便應(yīng)運(yùn)而生,在天界勤勤懇懇地在司“雷”、司“閃”。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
神話傳說(shuō)中的“雷公”和“電母”
工業(yè)革命——初露端倪
直到時(shí)間的羅盤轉(zhuǎn)至1732年,電的“伯樂(lè)”才姍姍來(lái)遲。美國(guó)的科學(xué)家富蘭克林發(fā)現(xiàn)電是一種沒(méi)有重量的流體,并分出了正負(fù)電荷。然而,此時(shí)的電還處于隨產(chǎn)隨消階段,并沒(méi)有引起廣大吃瓜群眾的注意。
1746年,荷蘭萊頓大學(xué)的教授馬森布羅克(長(zhǎng)著一頭令所有天下女子汗顏并羨慕的濃密卷曲秀發(fā))在做電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí),無(wú)意中把一個(gè)帶了電的釘子掉進(jìn)玻璃瓶里,他以為要不了多久,鐵釘上所帶的電就會(huì)很容易跑掉的,過(guò)了一會(huì),他想把釘子取出來(lái),可當(dāng)他一只手拿起桌上的瓶子,另一只手剛碰到釘子時(shí),突然感到有一種電擊式的振動(dòng)。這到底是鐵釘上的電沒(méi)有跑掉呢,還是自己的神經(jīng)太過(guò)敏呢?于是,他又照著剛才的樣子重復(fù)了好幾次,而每次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都和第一次一樣,于是他非常高興地得到一個(gè)結(jié)論:把帶電的物體放在玻璃瓶子里,電就不會(huì)跑掉,這樣就可把電儲(chǔ)存起來(lái)。它把這個(gè)瓶子命名為“萊頓瓶”(取自地名)。
馬森布羅克教授和他的“萊頓瓶”
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
“萊頓瓶”的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單,在玻璃瓶子的內(nèi)壁和外壁上都貼一層錫箔,內(nèi)層學(xué)用金屬鏈條與伸到瓶口外的金屬桿相連,金屬桿頂端再裝上一個(gè)金屬球。當(dāng)帶電體跟金屬球接觸時(shí),帶電體上的電荷就會(huì)沿著金屬桿和鏈條傳到瓶的內(nèi)壁,而外部的電荷就能在里面保存一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。等需要時(shí),只要與金屬接觸一下,就可以把儲(chǔ)存的電荷再放出來(lái)。馬森布羅克教授也憑此成為電池鼻祖。
“萊頓瓶”的發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)歐洲引起了強(qiáng)烈反響,許多電學(xué)家捶胸頓足,懊惱為什么自己沒(méi)能成為這個(gè)奇跡的締造者。同時(shí),他們也緊跟潮流,做了大量擴(kuò)展實(shí)驗(yàn),甚至有人極富創(chuàng)造性的用它來(lái)點(diǎn)燃酒精和火藥。腦洞最大的要數(shù)法國(guó)人諾萊特(真是沒(méi)有辜負(fù)法國(guó)人的浪漫基因),他邀請(qǐng)了路易十五的皇室成員到巴黎一座大教堂前臨場(chǎng)觀看”萊頓瓶”表演,讓七百名修道士手拉手排成一行,隊(duì)伍全長(zhǎng)達(dá)900英尺(約275米)。然后由排頭的修道士用手握住”萊頓瓶”,讓排尾的握住瓶的引線,一瞬間,七百名修道士,因受電擊幾乎同時(shí)跳起來(lái),在場(chǎng)的人無(wú)不為之口瞪目呆,諾萊特以令人信服的證據(jù)向人們展示了電的巨大威力。
大概就是這個(gè)樣子,請(qǐng)自行腦補(bǔ)人數(shù)擴(kuò)充至700人的盛況
“萊頓瓶”風(fēng)靡歐洲后,有好事者將它郵寄給了遠(yuǎn)在美國(guó)的富蘭克林,并附上原理和使用說(shuō)明。作為電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域的開拓者,富蘭克林自然不會(huì)錯(cuò)過(guò)這個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)。這直接導(dǎo)致了1752年富蘭克林著名的“費(fèi)城實(shí)驗(yàn)”。他用風(fēng)箏將“天電”引了下來(lái),并收集到“萊頓瓶”中,從而弄明白了“天電”和“地電”原來(lái)是一回事(雷公和電母也可以涼涼了)。他正確地指出了“萊頓瓶”的原理:“起儲(chǔ)電作用的是瓶子本身”。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn),只要兩個(gè)金屬板中間隔一層絕緣體就可以做成電容器,而并不一定要做成像萊頓瓶那樣的裝置(就是今天電容器的原理啦)。
1752年富蘭克林著名的“費(fèi)城實(shí)驗(yàn)”
1799年,意大利物理學(xué)家伏特(沒(méi)錯(cuò),就是物理學(xué)中電壓?jiǎn)挝坏拿Q貢獻(xiàn)者)把一塊鋅板和一塊錫板浸在鹽水里,發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過(guò)。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(lái)(真是個(gè)舉一反三的孩子?。。?。用手觸摸兩端時(shí),會(huì)感到強(qiáng)烈的電流刺激。伏特用這種方法成功地制成了世界上第一個(gè)真正意義上的電池──“伏特電堆”。這個(gè)“伏特電堆”實(shí)際上就是串聯(lián)的電池組。它成為早期電學(xué)實(shí)驗(yàn),電報(bào)機(jī)的電力來(lái)源。
世界上第一個(gè)真正意義上的電池──“伏特電堆”
1836年,英國(guó)的丹尼爾對(duì)“伏特電堆”進(jìn)行了改良。他使用稀硫酸作電解液,解決了電池極化問(wèn)題,制造出第一個(gè)不極化,能保持平衡電流的鋅─銅電池此后,這些電池都存在電壓隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)而下降的問(wèn)題。當(dāng)電池使用一段時(shí)間后電壓下降時(shí),可以給他通以反向電流,使電池電壓回升。因?yàn)檫@種電池能充電,可以反復(fù)使用,所以稱它為“蓄電池”。
高中課本上原電池和電解池的化學(xué)反應(yīng)方程式就這樣華麗麗地誕生了
1860年,法國(guó)的雷克蘭士發(fā)明了世界廣受使用的電池(碳鋅電池)的前身。它的負(fù)極是鋅和汞的合金棒(鋅乃伏特原型電池的負(fù)極,經(jīng)證明是作為負(fù)極制作材料的最佳金屬之一),而它的正極是以一個(gè)多孔的杯子盛裝著碾碎的二氧化錳和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作為電流收集器。負(fù)極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此系統(tǒng)被稱為“濕電池”。雷克蘭士制造的電池雖然簡(jiǎn)陋但卻便宜,所以一直到1880年才被改進(jìn)的“干電池”取代。負(fù)極被改進(jìn)成鋅罐(即電池的外殼),電解液變?yōu)楹隣疃且后w,基本上這就是現(xiàn)在我們所熟知的碳鋅電池。
1887年,英國(guó)人赫勒森發(fā)明了最早的干電池。干電池的電解液為糊狀,不會(huì)溢漏,便于攜帶,因此獲得了廣泛應(yīng)用。
1890年愛(ài)迪生(ThomasEdison)(沒(méi)錯(cuò),就是一生有1000多項(xiàng)發(fā)明,堅(jiān)信天才是1%靈感+99%汗水的那個(gè))發(fā)明可充電鐵鎳電池,并將其作為汽車動(dòng)力。1904年,他開始在新澤西的銀湖出售新型蓄電池,很快蓄電池便投產(chǎn)了而且銷路不錯(cuò),但不久后用戶們發(fā)現(xiàn)了這種蓄電池的幾個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題——在車輛行駛時(shí),電池中的化學(xué)液體會(huì)流出來(lái);許多蓄電池還出現(xiàn)了電力衰減狀況。因此愛(ài)迪生立刻把工廠關(guān)閉并停產(chǎn)蓄電池,并尋找蓄電池漏電的根源。直到1909年,愛(ài)迪生終于研制出性能更加良好的新型鎳鐵堿電池,可以讓汽車跑100英里(相當(dāng)于160公里)以上。
愛(ài)迪生發(fā)明可充電鎳鐵堿電池
現(xiàn)代社會(huì)——大放異彩
如今的電池大概分為三類:干電池、鉛蓄電池和鋰電池,是日常生活中名副其實(shí)的電能補(bǔ)給小助手。
干電池
干電池也叫錳鋅電池,所謂干電池是相對(duì)于伏打電池而言,所謂錳鋅是指其原材料。針對(duì)其它材料的干電池如氧化銀電池,鎳鎘電池而言。錳鋅電池的電壓是15V。干電池是消耗化學(xué)原料產(chǎn)生電能的。它的電壓不高,所能產(chǎn)生的持續(xù)電流不能超過(guò)1安培。日常生活中經(jīng)常用到。
蓄電池
蓄電池是用一個(gè)玻璃槽或塑料槽,注滿硫酸,再插入兩塊鉛板,一塊與充電機(jī)正極相連,一塊與充電機(jī)負(fù)極相連,經(jīng)過(guò)十幾小時(shí)的充電就形成了一塊蓄電池。它的正負(fù)極之間有2伏的電壓。蓄電池的好處是可以反復(fù)多次使用。另外,由于它的內(nèi)阻極小,所以可以提供很大的電流。用它給汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)供電,瞬時(shí)電流可達(dá)20多安培。蓄電池充電時(shí)是將電能貯存起來(lái),放電時(shí)又把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。目前廣泛應(yīng)用于汽車、火車、拖拉機(jī)、摩托車、電動(dòng)車以及通訊、電站、電力輸送、儀器儀表、UPS電源和飛機(jī)、坦克、艦艇、特種系統(tǒng)等領(lǐng)域。在二次電源使用中,已占有85%以上的市場(chǎng)份額。
鋰電池
以鋰為負(fù)極的電池。它是60年代以后發(fā)展起來(lái)的新型高能量電池。具有單體電池電壓高,比能量大,儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)(可達(dá)10年),高低溫性能好,可在-40~150℃使用等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴,安全性不高。另外電壓滯后和安全問(wèn)題尚待改善。目前廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽(yáng)能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng),郵電通訊的不間斷電源,以及電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、特種裝備、特種航天等多個(gè)領(lǐng)域。
說(shuō)了這么多,終于到了壓軸環(huán)節(jié),下面隆重向大家推薦本期終極大Boss——國(guó)內(nèi)首個(gè)10萬(wàn)千瓦級(jí)電池儲(chǔ)能電站!
該電站于今年7月18日在江蘇鎮(zhèn)江正式上線,它可以在用電低谷時(shí)充電儲(chǔ)能,用電高峰時(shí)釋放電力,突發(fā)故障時(shí)提供備用電源,相當(dāng)于給城市電網(wǎng)安裝了大型“充電寶”,開啟了我國(guó)大型電池儲(chǔ)能電站商業(yè)化運(yùn)行的新階段。
這一個(gè)個(gè)集裝箱,就是一個(gè)個(gè)儲(chǔ)能電池,加起來(lái)足足有10.1萬(wàn)千瓦,儲(chǔ)存的電能,相當(dāng)于一個(gè)20萬(wàn)千瓦的中型發(fā)電廠一小時(shí)發(fā)的電,可以同時(shí)滿足17萬(wàn)戶居民的用電需求。富蘭克林和馬森布羅克看到這里,恐怕要淚流滿面了。而未來(lái)儲(chǔ)能電池的制造成本還會(huì)不斷下降,必將開啟用能方式變革的新篇章。
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