電池那些事兒

說起電池，好像每個人都很熟悉，其實細究起來，裏頭學問還挺大的， 也很有趣！我們每天都給手機充電，以為發電廠發的電是原生的，而電池應該是後出現的附屬品。但事實上，電池比電磁發電機出現得早得多，在很長一段時間內，大家所理解的和使用的電，都是化學電池所產生的。

化學電池的原理，就是有個電極，通常是活潑的元素，和周圍環境中的東西發生了化學還原反應，在其表麵積蓄了多餘的電子，有了電勢能。這時如果用導線聯結這個電極（陰極）和另一個無電子積蓄的電極（陽極），導線裏就會出現電流。

有驢友在荒郊野嶺迷路，手機沒電無法求救，但身邊還有幾瓶沒喝的易拉罐可樂。他剝了根電線往可樂裏一插，就成了個簡單的化學電池，夠打個電話的了。所以有點電池基本知識，關鍵時刻能救命！

電池的發展，雖然還有很大空間，但迄今為止還是相當的成功，對於一般應用基本是夠了。但自從環境問題成為一個急迫的全球性難題後，對電池提出了新的要求。要減低大氣的碳排放，改善空氣汙染，其中最重要的措施，就是減少化石類燃料的使用。要減少汽油柴油機動車的使用，如果隻是改用可再生燃料，碳排放並沒有減低，因此根本性的措施，是改用電動汽車，這就對電池提出了更高的要求。發電則要更多地依賴風電，太陽能等清潔能源，但這些能源的隨機性強，如果沒有可靠的電力儲存設備，無法成為實用的電力來源。電力儲存設備是廣義的電池，發展能大規模高效率儲存電力的電池，是新能源經濟成敗的關鍵！

我們的汽油汽車上的蓄電池，叫鉛酸電池，這是很經典的可充電蓄電池，上個世紀初就發明了，一度用鉛酸電池驅動的車子還比剛上市的汽油汽車更拉風。就是現在，撐起中國機動車大部分的電動自行車，三輪車也是用的鉛酸電池。其構成很簡單，就是在硫酸溶液中插兩塊鉛板就成了，但和以上提到的化學電池不一樣，隻有向其中一個鉛板（正極）充電後（加入電子），化學反應才能發生。其化學反應式如下：

   正極：　PbO2 + 2e + SO4 2- + 4H+ == PbSO4 + 2H2O 　
　負極：　Pb -2e + SO4 2- == PbSO4 　
　總反應：　PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O

以後有更多的依據類似原理的蓄電池被發明出來，成了主流的電池種類。鋰電池是其中的姣姣者。看看元素周期表，鋰在最左側一族，位置在氫和鈉之間，可以想象這是個非常活躍的元素。事實上它也很活躍，如果把金屬鋰塊扔進水裏，就會引起大爆炸（這也就是飛機行李中不能帶鋰電池的原因）。鋰的優點是重量輕，電容量大，因此成了主要的便攜式電器用電池。電動汽車需要大容量的電池，重量和容積又不能太大，因此鋰電池便成了首選。但容易起火爆炸成了鋰電池的亟待解決的缺點！

除了化學電池，還有利用其它原理產電蓄電的電池。太陽能電池利用光電效應，核電池利用放射性同位素釋放出電子射線（Beta射線）產電，注意了，這和核能發電沒半毛關係。還有濃差電池，熱差電池等。其中在電動汽車上大有前途的叫燃料電池，通過加入氫，甲烷或氨氣等，在反應器內與氧氣發生化學反應，出現電子的轉移。由於加注這些燃料比較方便，也可攜帶備用瓶，避免了充電的不足，因此燃料電池是一個很有希望的方向！

電池的另一個大方向是大規模儲電。由於電發出來就要馬上用掉，否則就會以光速消失。現在使用的最多的是能量轉換式儲電，如用低穀電，或風電發出來沒法及時用掉的電，把水泵到高處，需要時再放水發電。類似的能量轉換方式還有：把廢棄的礦井充滿氣體，需要時放氣驅動發電機；電驅動沉重的飛輪，需要時利用飛輪的動能驅動發電機；用電製造氫，氨氣等含能量物質。也有轉換成某種應用的，如用臃餘電製冰，代替空調降溫；或燒成熱水等。

但電化學方法儲電也是一個重要的方向。由於目的是大規模儲電，便攜不用考慮了，而成本倒是一個重要的考量了。有人發展出了非常便宜的電極和電解液材料，蓄電池做的像座山那麽大。還有的開發出流動電池，充了電的物質可以流動，就像腎小管的結構，在單位體積內極大增加了儲存量和反應麵積。現在，有無數公司和科研機構都在研究大規模電池，並已經取得相當的成功。未來，可能出現一種消滅了所有競爭者的超級方案，也可能是這些方法的改進和並行。總之，電池的未來，方興未艾！