審核專家：陳征

北京交通大學教師

在我們的生活中，有一個東西十分重要，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，試想假如沒有電池，我們就無法像現在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，人們是怎么樣儲存電能的呢？而電池又是怎么樣被發明出來的嗎？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！并且這個神奇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）在做電學實驗時，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，突然感受到了電擊。

馬森布羅克在利用萊頓瓶做實驗丨圖片來源維基

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實驗和示范表演，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，還做了一個偉大的實驗，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

現在生活中，比較常用的就是蓄電池和鋰離子電池了。

1860年，法國的普朗泰發明出了用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是：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汽車的電瓶。

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，制成了首個鋰離子電池。

鋰離子電池相有關蓄電池來講價格較高，但是鋰離子電池體積小、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。現在我們使用的手機、電腦等數碼產品所用的電池，基本都是鋰離子電池。鋰離子電池的發現對數碼行業也有著重要的影響，試想假如沒有鋰離子電池，我們就要拿著一個又重又大的手機，那豈不是很不方便！

4、未來的新型電池

相較于鋰離子電池，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勢。無論是在生產成本還是安全性上，鈉離子電池都遠優于鋰離子電池。但是由于鈉離子電池的容量遠低于鋰離子電池，并且壽命也短于鋰離子電池，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，說不定在未來的某一天真的可以代替鋰離子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電池，隨著新能源汽車的快速發展，氫燃料動力鋰電池作為動力鋰離子電池的一種，逐漸走進了人們的視野，相較于鋰離子電池而言，氫燃料動力鋰電池擁有著零排放無污染的天然優勢，再加上氫燃料動力鋰電池發電效率高、噪音低、出現能量高等眾多的優勢，它也很有可能取代鋰離子電池哦！

但是，就實際情況而言，我國的氫燃料動力鋰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，氫燃料動力鋰電池汽車現在還無法大規模展開生產。

直接甲醇燃料動力鋰電池丨圖片來源維基

與鋰離子電池相比，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生產，將為電池產業乃至電動汽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，說不定未來把手機放在太陽下就可以充電了呢！

說到這里，你覺得未來還會出現哪種新型電池呢？快來頭腦風暴一下吧！