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1、74化學(xué)教育2011年第7期化學(xué)史與化學(xué)史教育電池300余年的發(fā)展史*但世輝陳莉莉(湖北襄陽市東風(fēng)中學(xué)441004)摘要從300多年前伏打電堆的誕生之日起,電池便成為人類社會(huì)不可或缺的重要部分,能源短缺以及環(huán)境問題使人們一直在不停地尋找新的電池,也更進(jìn)一步加速了電池的發(fā)展。本文介紹了各種最新電池的發(fā)展歷史及其原理和用途,并對電池的未來發(fā)展做出展望。關(guān)鍵詞一次電池二次電池微生物燃料電池太陽能電池核電池從1600年美國科學(xué)家吉爾伯特建立了對電池2MnO2+H2OZnO+2MnOOH的研究
2、基礎(chǔ)開始,電池的發(fā)展便從未停歇。由堿性鋅錳電池始于1882年,科學(xué)家勒克斯在一1836年丹尼爾電池的誕生到1859年鉛酸電池的發(fā)份德國專利中提出以MnO2碳極板為正極,氫氧化明,至1883年發(fā)明了氧化銀電池,1899年發(fā)明了鈉或氫氧化鉀溶液為電解液,以鋅極板為負(fù)極的原鎳鎘電池電池在19世紀(jì)便已進(jìn)入了商品化電池。1912年科學(xué)家阿肯巴克獲得了第一個(gè)堿性二階段;進(jìn)入20世紀(jì)后,電池理論和技術(shù)曾一度處氧化錳干電池專利,他使用堿性凝膠填料于停滯時(shí)期,但在第二次世界大戰(zhàn)之后,電池技術(shù)(淀粉凝膠)和加有10%MgO的KOH或NaOH作又進(jìn)
3、入了快速發(fā)展時(shí)期:1951年實(shí)現(xiàn)了鎳鎘電為電解質(zhì)溶液,用MgO作為電解質(zhì)溶液的固定劑,池的密封化,1958年美國哈里斯公司提出了采用遺憾的是,這些早期的電池都沒有商業(yè)上的價(jià)值。有機(jī)電解液作為鋰一次電池的電解質(zhì)20世紀(jì)1970年至今則是堿性鋅錳電池發(fā)展及完善階段,其80年代基于環(huán)?？紤],研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向蓄電池并使中最重要的一點(diǎn)就是解決了電池中汞齊化鋅粉含汞其迅速發(fā)展;20世紀(jì)90年代進(jìn)入了鋰離子電池的量過大等環(huán)境問題,逐步實(shí)現(xiàn)了低汞化和無汞化,天下,大大減少了鉛酸電池等可充電電池所帶來的另外現(xiàn)今的堿性鋅錳電池也可以實(shí)現(xiàn)大電流放電,污染;進(jìn)入
4、21世紀(jì)后,隨著能源的緊缺和環(huán)保概適應(yīng)了電子器件需要大功率電池的發(fā)展趨勢。念的升華,各國科學(xué)家也在努力尋求與時(shí)代發(fā)展同由于堿性鋅錳電池能重負(fù)載、電容量大、低溫步且功能更強(qiáng)大的新型電池。性能和防漏性能好、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用1最早商業(yè)化的一次電池堿性鋅錳電池于民用和工業(yè)。特別適用于閃光照相機(jī)、微型收錄隨著第二次世界大戰(zhàn)的結(jié)束,為了適應(yīng)重負(fù)荷機(jī)、對講機(jī)、剃須刀、游戲機(jī)、遙測器、計(jì)算器、用途的需要,進(jìn)一步發(fā)展了堿性鋅錳電池并由德國助聽器等儀器設(shè)備。如五號(hào)堿性鋅錳電池用于閃光埃貝爾公司首先制成了商業(yè)堿性鋅錳電池。20世照相機(jī)可連拍8~
5、10個(gè)膠卷,而其它普通干電池一紀(jì)50年代末的深入研究發(fā)現(xiàn),堿性鋅錳電池能提般只能拍1~2個(gè)膠卷。供比酸性鋅錳電池高得多的電流和容量,使得堿性2環(huán)保意識(shí)下的二次電池鋰離子電池鋅錳電池的前景大為改觀,并于20世紀(jì)60至701859年英國科學(xué)家普蘭第發(fā)明了鉛酸電池并年代形成了堿性鋅錳電池的新時(shí)代。于1870年采用西門子發(fā)電機(jī)將鉛酸電池改為二次電池,這便是世界上最早的二次電池。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng),鉛、鎘、汞等有毒金屬的使用日益受到限制,于是在1970年代發(fā)明了傳統(tǒng)鉛酸電池的替代者鋰離子電池。1991年鋰離子電池實(shí)現(xiàn)了商品化。相
6、對于堿性鋅錳電池而言,鋰離子電池是一種可再生的二次能源,相對于鉛酸電池等二次電池而言,鋰離子電池更清潔,再加之具有工作電壓高、能量密度大、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn),在手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。圖1堿性鋅錳電池+鋰離子二次電池實(shí)際上為一個(gè)Li濃差電池,堿性鋅錳電池(圖1)的結(jié)構(gòu)與酸性電池完全以石墨/鋰鈷氧電池為例(圖2):正極為氧化鈷鋰相反,電池中心是負(fù)極,鋅呈粉狀,正極區(qū)在外(LiCoO2),負(fù)極為石墨化碳。充電時(shí)正極LiCoO2層,是MnO2和KOH混合物,外殼是鋼筒。堿性中的鋰離子遷出,經(jīng)過電解液嵌入石墨的碳層
7、間,鋅錳電池克服了酸性電池存放時(shí)間和電壓不穩(wěn)定的在電池內(nèi)形成鋰碳層間化合物;放電時(shí)過程相反,缺點(diǎn),但仍然為一次電池,電池反應(yīng):Zn++即Li從石墨負(fù)極的層間遷出,經(jīng)過電解液進(jìn)入正2011年第7期化學(xué)教育75[1]極LiCoO2中。電池反應(yīng)為:LiCoO2+C向無介體、無膜的方向發(fā)展。總之,MFC必將成Li1-xCoO2+LixC。為電池中變廢為寶的奇兵。圖2鋰離子電池工作示意圖實(shí)際上鋰離子電池在正極與負(fù)極之間還有隔膜及電解質(zhì)。鋰離子電池的電解質(zhì)是有機(jī)液體電解質(zhì)。1994年美國貝爾研究所用
8、凝膠聚合物電解質(zhì)代替有機(jī)液體電解質(zhì)制成了一種更多優(yōu)點(diǎn)的聚合物鋰離子電池。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比,其工作原理并無變化,但其能量密度更高、工作安全性更強(qiáng)、循環(huán)壽命更長并且容易組成不同輸
