電池的發現及工作原理
2021-11-25 15:15:53
(1)電池在我們的生活中無處不在,我們幾乎忽視了它們。但在漫長而富有傳奇色彩的史前時代,它們是非凡的創造物,它們有著同樣光明的未來。電池本質上是一種將儲存的化學能轉換為電能的裝置。基本上,電池是一個小型化學反應器,與準備流向外部設備的高能電子發生反應。電池已經存在很長時間了。1938年,巴格達博物館館長在博物館地下室發現了一個炮臺,現在稱為巴格達炮臺。它的起源和位置可以追溯到公元前250年左右的美索不達米亞。關于最初的電池有很多爭論,從電鍍到止痛再到宗教懲罰。美國科學家兼發明家本杰明·富蘭克林在1749年首次使用了“電池”一詞,當時他使用了一系列電容器進行實驗。1800年,意大利物理學家亞歷山大·羅夫創造了第一個真正的電池。沃爾塔把圓形的銅片和鋅片疊在一起,用鹽浸過的亞麻布把它們隔開。此時,只要兩條金屬線與任意兩種金屬接觸,就會觸發持續穩定的電流。每個單元(一套銅、鋅和鹽水)的電壓為0.76伏。如果你把電池疊在一起,你會得到多重充電。最古老的電池之一是1859年發明的鉛酸電池,大多數使用內燃機的汽車仍在使用鉛酸電池。例如,它是最古老的可充電電池。今天的電池大小各不相同,從用于在太陽能發電廠或變電站儲存能量的大兆瓦到用于為整個村莊或島嶼的電子手表供電的微型電池。電池基于不同的化學品,這些物質的電池電壓一般在1到3.6V之間。蓄電池串聯增加電壓,并聯增加電流。該原理用于實現所需的電流和電壓,達到兆瓦級。
(2)電池是如何工作的?當電池放電時,電池內部的化學反應產生電能。電子腐蝕一種攻擊電子的化學反應,如氧化鐵以防銹。氧化鐵出現在鐵與氧的進攻反應和電子與氧的進攻傳遞中。電池規格是使用兩種不同的金屬或化合物,它們具有不同的電極電位,由多孔絕緣體隔開。電極電勢是儲存在原子和化合物中的能量,當連接到可用的外部設備時,用于攜帶電子。在化學反應中,用于使可溶離子從一種金屬流向另一種金屬的導電液體,如鹽水和水溶液,稱為電解質。在放電過程中失去電子的金屬或化合物稱為陰極,而接收電子的金屬或化合物稱為陽極。電子通過外部連接從陽極流向陰極,這是我們用來操作電子設備的。原電池和可充電電池之間電子流的不可逆化學反應過程稱為原電池。電池在反應物放電后耗盡。
(3)最常見的原電池是碳鋅電池。當電解液為堿性時,電池壽命更長。我們從超市買堿性電池。處理這些細胞的最大挑戰是找到重用它們的方法。隨著越來越多的電池被使用,頻繁更換電池變得不經濟,處理電池變得越來越重要。最早的可充電電池,鎳鎘電池(NiCd),也使用堿作為電解液。除1989年開發的鎳氫電池外,其使用壽命比鎳鎘電池更長。這些類型的電池在充電過程中對過度充電和過熱非常敏感,因此充電速率控制在最大充電速率以下。這個復雜的控制器加速了充電過程,節省了充電時間。對于大多數簡單的充電器,充電過程需要一整夜。移動電話和筆記本電腦等便攜式應用一直在尋找大容量充電設備。雖然這會增加劇烈放電的風險,但可以通過手機電池的限流器進行控制。
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