玻璃瓶儲電的技術你了解嗎？

審核專家：陳征

北京交通大學教師

在我們的生活中，有一個東西十分緊要，它就是電池。無論是手機、電腦還是遙控器、汽車，都有電池這個共同的物件，試想倘若沒有電池，我們就無法像今朝這樣把手機電腦隨時帶在身邊，更不能隨時隨地使用它們啦！所以說，電池的發明給予我們的生活很大的便利！

不過，在沒有電池的時候，人們是如何儲存電能的呢？而電池又是如何被發明出來的嗎？接下來就讓我們一起去看一看吧！

1、把電裝在瓶子里

在沒有發明電池之前，人們是通過瓶子來裝電的。

什么？瓶子也能裝電？對，你沒有聽錯！并且這個奇妙的瓶子有個專門的稱呼——萊頓瓶（因為是在萊頓城發明的）。1746年，荷蘭萊頓大學的教授馬森布羅克（Musschenbroek）在做電學試驗時，無意中把一個帶了靜電的釘子掉進玻璃瓶。過了很久，這位科學家終于想起了這顆釘子，于是打算把它取出來。可當他碰到瓶中的釘子的時候，猛然感受到了電擊。

馬森布羅克在利用萊頓瓶做試驗丨圖片來源維基

百思不得其解的馬森布羅克把帶電的釘子一次又一次地丟入瓶中，一次又一次地“享受”觸電的感覺，在經歷了N次觸電后，他最終得出結論：把帶電的物體放在玻璃瓶子里，電就不會跑掉，這樣就可以把電儲存起來了！基于這個結論，他發明了萊頓瓶。

馬森布羅克和萊頓瓶

萊頓瓶的發明很快在歐洲引起了強烈的反響，物理學家們利用它做了大量的試驗和示范表演，有時甚至把它當成一種娛樂游戲。人們用萊頓瓶作火花放電殺老鼠，也有人用它來點燃酒精和火藥。

其中規模最壯觀的一次是法國人諾萊特在巴黎一座大教堂前的表演，諾萊特邀請了法國國王路易十五的皇室成員臨場觀看萊頓瓶表演，他找來了七百個修道士，讓他們手拉手排成一行，壯觀的隊伍全長達275米。然后諾萊特讓排頭的修道士用手拿住萊頓瓶，讓排尾的修道士用手握住萊頓瓶的引線，接著讓萊頓瓶起電，起電的一瞬間七百個修道士因受電擊幾乎同時跳了起來，在場的人無不為之目瞪口呆。

還記得那個用風箏引電的富蘭克林嗎？他在用風箏引電之前，還做了一個高尚的試驗，就是使用了萊頓瓶發現了正電和負電及電荷守恒定律。

2、最早的電池

最早的電池是意大利物理學家亞歷山德羅·伏打發明的伏打電池（電壓的單位伏特就是以他的名字命名的，伏打和伏特只是音譯問題）。

伏打最開始用幾只碗盛了鹽水，把幾對黃銅和鋅做成的電極連接起來，就出現了電流。之后他用更多的銅片和鋅片接觸，并且用相同數目的水層或比純水更好的導電液體層（食鹽、堿水）或皮革等海綿狀的物體間隔開，這樣一來，每一節原電池有一塊銅片和一塊鋅片用作電極，它們之間是一片浸過鹽水的布，作為電解質。每個原電池有一個小的電動勢，而后伏打發現，把這些原電池疊起就會有一個大的電動勢。并且原電池的一端帶正電，另一端帶負電，由此構成一個電流回路。

這是第一個真正意義上的電池，人們把它稱為伏打的電池堆，或伏打電堆。

伏打電堆示意圖

由于伏打電池攜帶不夠方便，因此后來有人對伏打電池做了改進，以碳條為陰極，鋅罐為陽極，將氯化鐵、氯化鋅和二氧化錳的混合物填入鋅罐作為電解質，這就制成了我們目前日常生活中的干電池。

干電池

像我們平時遙控器、鐘表里用的五號電池、七號電池等都是干電池，這種電池是一次性的，用完即扔，不能重復使用。

3、生活中常見的電池

今朝生活中，比較常用的就是蓄電池和鋰電池了。

1860年，法國的普朗泰發明出了用鉛做電極的電池。這種電池的神奇之處是：當電池使用一段時間后，電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池的電壓回升。因為這種電池能充電，可以反復使用，所以被稱為為“蓄電池”。蓄電池的價格低廉，安全系數較高，循環使用次數在300-500次左右，但是體積較大，因此常被用做汽車和電動車的電瓶。

蓄電池丨圖片來源維基

1970年，埃克森公司的斯坦利·威廷漢采用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負極材料，制成了首個鋰電池。

鋰電池相有關蓄電池來講價格較高，但是鋰電池體積小、重量輕，壽命長，循環使用次數一般在2000-3000次左右，并且對環境污染相對較小。今朝我們使用的手機、電腦等數碼產品所用的電池，基本都是鋰電池。鋰電池的發現對數碼行業也有著緊要的影響，試想倘若沒有鋰電池，我們就要拿著一個又重又大的手機，那豈不是很不方便！

4、將來的新型電池

相較于鋰電池，鈉離子電池的材料來源更加的廣泛，地球上整體鈉鹽的儲藏量比鋰鹽要高出很多，因此在整體的價格上非常具有優點。無論是在加工成本還是安全性上，鈉離子電池都遠優于鋰電池。但是由于鈉離子電池的容量遠低于鋰電池，并且壽命也短于鋰電池，因此尚不能作為替代品。

不過隨著技術的發展，鈉離子電池的性能將越來越完善，產業化程度也將越來越高，說不定在將來的某一天真的可以代替鋰電池成為下一任常用電池。

鈉離子電池

說到新型電池，那就不得不提起以清潔能源——氫燃料為代表的燃料動力鋰離子電池，隨著新能源汽車的快速發展，氫燃料動力鋰離子電池作為動力鋰電池的一種，逐漸走進了人們的視野，相較于鋰電池而言，氫燃料動力鋰離子電池擁有著零排放無污染的天然優點，再加上氫燃料動力鋰離子電池發電效率高、噪音低、出現能量高等眾多的優點，它也很有可能取代鋰電池哦！

但是，就實際情況而言，我國的氫燃料動力鋰離子電池汽車目前還僅僅處于起步階段，受制于整體的制氫成本、核心零部件未能實現國產化，以及加氫站等基礎設施建設不完善等情況，氫燃料動力鋰離子電池汽車今朝還無法大規模展開加工。

筆直甲醇燃料動力鋰離子電池丨圖片來源維基

與鋰電池相比，石墨烯電池更安全。由于有著極佳的散熱性能，因此石墨烯電池不容易出現過熱、燙傷、著火、爆炸等問題。同時，石墨烯電池在相同體積下的容量是傳統電池的兩倍，在充放電速度方面，石墨烯電池也遠快于傳統電池。若石墨烯電池能夠實現批量加工，將為電池產業乃至電動車產業帶來新的變革。

石墨烯電池

除了上述這些電池，還有很多新型電池正在研究中，比如空氣電池、水電池、核聚變電池等等，這些電池一旦產出，將給我們的生活帶來巨大的便利，說不定將來把手機放在太陽下就可以充電了呢！

說到這里，你覺得將來還會出現哪種新型電池呢？快來頭腦風暴一下吧！

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