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基因狂徒第267章刘老师讲课以上这四种电池的正极分别为二氧化铅、氢氧化镍、氢氧化镍和钴酸锂，而负极分别为铅、镉、储氢合金和石墨。

除了以上两大类之外，化学电池中还有一个特殊的存在，这便是燃料电池，其原理是利用氢等燃料与氧反应从而产生电。

如果以氢为燃料，那么就会发生与水的电解相反的反应从而产生电，而且氢燃料电池的反应产物只有水，所以对环境没有污染。

物理电池、生物电池与燃料电池产生电的原理不难理解，那么传统的化学电池究竟是怎么产生电的呢？

简单来看，化学电池是一种通过化学反应产生电的装置。

氧化反应释放电子，而还原反应得到电子，这两种反应分别在不同的场合进行，如果将它们用导线连接起来，导线中就产生了电子的流动，也就是产生了电流。为了促使各个反应分别在正极和负极发生，在它们周围存在着“电解质”。另外，在实际的电池中，为了防止正负极相连发生短路，正极和负极是用绝缘的分隔装置分隔开的。

知道了这一简单的原理，我们在自己动手就可以制作出一个简易的电池。“

刘元侃侃而谈，大致说了电池的基本知识，一看时间，过去了20分钟，节奏差不多，然后点了几个同学，让他们上来帮忙把他带来的箱子打开。

同学们一看，哦了一声，只见里面是一个个的柠檬，都不知道刘老师想干嘛。

只见刘元自己从旁边的袋子里拿出一片片薄薄的铜片和铁片，分别将其插在柠檬上，用导线连接起来，中间接上一个小小的灯泡和开关，串联完成后，刘元神秘兮兮地说道，“同学们，接下来就是见证奇迹的时候了。”

只见他按下开关，灯泡发出微光，学生们都发出低低的欢呼声。

“大家知道是什么原理吗？”

大家集体摇头。

“柠檬里有酸性物质，会把一小部分铝溶解，这样就把电子释放在导线上，而铜片则从导线处获得电子，这样就在导线上形成了微弱的电流。这种电池的负极是铝片，正极是铜片，柠檬汁便是电解质。”

刘元让帮忙的学生们回到座位，接着讲道：“课本上说，不同的化学电池有着不同的电压，那么其原因何在呢？

这是因为，易于释放电子或者易于获得电子，其难易程度随着物质的不同而不同，而电池的电压正是由各种物质电子释放的难易程度和获得的难易程度所决定的。

容易释放电子的物质，按容易程度从高到低包括锂、钾、钙、钠、镁、铝、锌等，而容易获得电子的物质，按容易程度从高到低包括金、铂、银、汞、铜等。

大家学过化学课就知道，负极选的金属，越活泼越好，正极选的金属呢，则是越钝越好，正负极金属的离子化倾向差别越大，就越有大量的电子同时移动，也就能制造出电压越高的电池。

现在我们常见的干电池是锌锰干电池和碱性干电池。这两种电池的相同之处在于它们的电极都是用了锌和二氧化锰。所以，这两种电池的电压都是1.5V。

以上两种干电池以二氧化锰作为正极，以锌作为负极。电池的负极，是锌颗粒与作为电解液的氢氧化钾溶液混合后的糊状，在这里，锌释放出电子变为离子。

而在电池的正极，二氧化锰获得电子和氢离子生成碱式氧化锰。就这样，电子从容易释放电子的锌一侧，流向了容易获得电子的二氧化锰一侧，便产生了电流。

不过，碱性干电池将负极上的锌加工成了糊状，这就大大增加了负极的表面积，所以可以进行大电流放电，从而提高电池的性能。另外，碱性干电池的电解液里使用的是比较容易导电的碱性溶液，所以，相比于锌锰干电池，碱性干电池的特征就是可以高效地产生电流，并且电压下降得比较缓慢。

如此一来，即便两种电池使用的是同一种材料，它们的性能也会随着电极形状和配置的不同而存在着很大的差别。

可充电电池开始于1959年法国物理学家加斯顿-普兰特发明的铅酸蓄电池。随后，二次电池中的镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池也相继被开发出来。特别是无线化时代来临之后，比如手机，笔记本电脑乃至无人机得到普及，这就更少不了二次电池的应用。

在手机诞生之际，手机里装载的是镍镉电池，之后被镍氢电池所取代，而现在所有的手机都已经换成了锂离子电池。可以说，伴随着电池的进步，才让手机、笔记本电脑，无人机乃至电动车等等便携式电器的普及成为可能。

镍镉电池的电压在1.2V左右，由于它能够实现大电流放电，所以通常用于短时间使用的充电式剃须刀和电动牙刷等。

随后出现的镍氢电池的电压也是1.2V，但其容量却是镍镉电池的2倍，所以，镍氢电池的出现对当时电器设备的小型化，作出了并不微小的工作。

但是，镍镉电池也有很大的缺点，那就是镍镉电池中使用的镉毒性很强，所以现在大都被镍氢电池所替代。

镍氢电池，顾名思义，就是氢为负极，镍为正极。在电池的负极，储藏在储氢合金中的氢丢失电子，变为氢离子，而在电池的正极，碱式氧化镍结合氢离子，并获得电子。镍氢电池的分隔装置是一块薄板，它的作用是防止电极处的金属粉末移动。同时，为了使离子移动，在分隔装置上还渗入了作为电解液的氢氧化钾溶液。这样，氢离子在负极和正极之间转移，就能够进行充放电。

目前，在售的镍氢电池有许多种品牌，是我们周围最常见的二次电池之一。由于其现售型号与干电池几乎相同，所以，镍氢电池越来越多地替代了碱性干电池与锌锰干电池。

接下来我们说锂离子电池。锂离子电池的正极使用了钴酸锂，负极使用了碳。锂离子在层状构造的碳和层状构造的钴酸锂之间转移，以此实现充放电。在放电时，负极中的锂放出电子，变为锂离子，锂离子移动到正极后得到电子被嵌入，这样就产生了电流。充电时则会发生与之相反的反应。

锂离子电池比镍氢电池体积小但容量大，因为锂是离子化倾向最大，同时也是质量最轻的金属，所以它被认为是电池高电压化、小型化和轻型化必不可少的负极元素。

锂离子电池的电压更是镍氢电池的3倍之高，所以，用几节镍氢电池才能带动起来的移动设备，用锂离子电池或许只需要一节就够用了。现如今，手机、数码相机和笔记本电脑等都实现了小型化和轻型化，可以说它们的实现都归功于锂离子电池的发明。

人们并不是一开始就使用锂离子电池的，这中间也经历了一段曲折，最开始人们是直接使用锂当负极，但因为金属锂的活动性很强，只需要一点点量的锂，与水分接触后都会剧烈发热，同时还会产生氢气，引发火灾危险。所以，使用金属锂做负极的一次性电池大约在40多年前便已经上市了，但将其用在二次电池上却被认为是危险且不可行的。

如果将金属锂应用于二次电池的负极，那么在充电的过程中，金属锂的负极表面上就会形成细小的呈须状的锂结晶，这种结晶和正极相连就很容易产生短路。如果不解决这个问题，它就会成为电池发热乃至引起火灾的原因。

不过，一个电池的命运也要考虑到历史的进程，在上世纪80年代，随着数码相机的便携化和手机的出现，开发出可多次充放电、能量密度高的电池已成为了历史的必然要求。于是，锂离子电池横空出世了。

锂离子电池的出现，源于日本旭化成株式会社的吉野彰博士，他首先考虑如何将导电塑料聚乙炔用作电池的负极，而为使聚乙炔做电池的负极，制造出高性能的锂二次电池，就有必要在正极也加入锂，不过怎么加入，吉野彰也没什么好办法。

1982年，日本科学家水岛公一发表了关于嵌入锂的正极材料的论文，这个材料正是钴酸锂，而这也正是吉野彰一直苦苦寻找的材料。于是，以这种正极材料为突破口，吉野彰想到了现在的锂离子电池的原型。

被开发出来的锂离子电池中，电解质没有使用水溶液，而是用了有机溶剂，在负极，不是将金属锂而是将锂原子嵌入碳中，以此来抑制锂的活动性，提高了电池的安全性。

不过，使用有机溶剂电解质，其实也存在着风险。有机溶剂遇高温就会燃烧，所以一旦在电池内部发生短路，温度升高电池就会起火。另外，即便是现在，手机电池发生膨胀的现象也时有发生，这是在电池内部产生了气体所导致的。