电池那些事儿

说起电池，好像每个人都很熟悉，其实细究起来，里头学问还挺大的， 也很有趣！我们每天都给手机充电，以为发电厂发的电是原生的，而电池应该是后出现的附属品。但事实上，电池比电磁发电机出现得早得多，在很长一段时间内，大家所理解的和使用的电，都是化学电池所产生的。

化学电池的原理，就是有个电极，通常是活泼的元素，和周围环境中的东西发生了化学还原反应，在其表面积蓄了多余的电子，有了电势能。这时如果用导线联结这个电极（阴极）和另一个无电子积蓄的电极（阳极），导线里就会出现电流。

有驴友在荒郊野岭迷路，手机没电无法求救，但身边还有几瓶没喝的易拉罐可乐。他剥了根电线往可乐里一插，就成了个简单的化学电池，够打个电话的了。所以有点电池基本知识，关键时刻能救命！

电池的发展，虽然还有很大空间，但迄今为止还是相当的成功，对于一般应用基本是够了。但自从环境问题成为一个急迫的全球性难题后，对电池提出了新的要求。要减低大气的碳排放，改善空气污染，其中最重要的措施，就是减少化石类燃料的使用。要减少汽油柴油机动车的使用，如果只是改用可再生燃料，碳排放并没有减低，因此根本性的措施，是改用电动汽车，这就对电池提出了更高的要求。发电则要更多地依赖风电，太阳能等清洁能源，但这些能源的随机性强，如果没有可靠的电力储存设备，无法成为实用的电力来源。电力储存设备是广义的电池，发展能大规模高效率储存电力的电池，是新能源经济成败的关键！

我们的汽油汽车上的蓄电池，叫铅酸电池，这是很经典的可充电蓄电池，上个世纪初就发明了，一度用铅酸电池驱动的车子还比刚上市的汽油汽车更拉风。就是现在，撑起中国机动车大部分的电动自行车，三轮车也是用的铅酸电池。其构成很简单，就是在硫酸溶液中插两块铅板就成了，但和以上提到的化学电池不一样，只有向其中一个铅板（正极）充电后（加入电子），化学反应才能发生。其化学反应式如下：

   正极：　PbO2 + 2e + SO4 2- + 4H+ == PbSO4 + 2H2O 　
　负极：　Pb -2e + SO4 2- == PbSO4 　
　总反应：　PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O

以后有更多的依据类似原理的蓄电池被发明出来，成了主流的电池种类。锂电池是其中的姣姣者。看看元素周期表，锂在最左侧一族，位置在氢和钠之间，可以想象这是个非常活跃的元素。事实上它也很活跃，如果把金属锂块扔进水里，就会引起大爆炸（这也就是飞机行李中不能带锂电池的原因）。锂的优点是重量轻，电容量大，因此成了主要的便携式电器用电池。电动汽车需要大容量的电池，重量和容积又不能太大，因此锂电池便成了首选。但容易起火爆炸成了锂电池的亟待解决的缺点！

除了化学电池，还有利用其它原理产电蓄电的电池。太阳能电池利用光电效应，核电池利用放射性同位素释放出电子射线（Beta射线）产电，注意了，这和核能发电没半毛关系。还有浓差电池，热差电池等。其中在电动汽车上大有前途的叫燃料电池，通过加入氢，甲烷或氨气等，在反应器内与氧气发生化学反应，出现电子的转移。由于加注这些燃料比较方便，也可携带备用瓶，避免了充电的不足，因此燃料电池是一个很有希望的方向！

电池的另一个大方向是大规模储电。由于电发出来就要马上用掉，否则就会以光速消失。现在使用的最多的是能量转换式储电，如用低谷电，或风电发出来没法及时用掉的电，把水泵到高处，需要时再放水发电。类似的能量转换方式还有：把废弃的矿井充满气体，需要时放气驱动发电机；电驱动沉重的飞轮，需要时利用飞轮的动能驱动发电机；用电制造氢，氨气等含能量物质。也有转换成某种应用的，如用臃余电制冰，代替空调降温；或烧成热水等。

但电化学方法储电也是一个重要的方向。由于目的是大规模储电，便携不用考虑了，而成本倒是一个重要的考量了。有人发展出了非常便宜的电极和电解液材料，蓄电池做的像座山那么大。还有的开发出流动电池，充了电的物质可以流动，就像肾小管的结构，在单位体积内极大增加了储存量和反应面积。现在，有无数公司和科研机构都在研究大规模电池，并已经取得相当的成功。未来，可能出现一种消灭了所有竞争者的超级方案，也可能是这些方法的改进和并行。总之，电池的未来，方兴未艾！