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電池技術的進化論 始于青蛙解剖

鉅大LARGE  |  點擊量:214次  |  2020年03月18日  

摘要

一,由來


1780年的一天,意大利解剖學家伽伐尼在做青蛙解剖時,兩手分別拿著不同的金屬器械,無意中同時碰在青蛙的大腿上,青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下,仿佛受到電流的刺激,而只用一種金屬器械去觸動青蛙,卻并無此種反就。伽伐尼認為,出現這種現象是因為動物軀體內部出現的一種電,他稱之為“生物電”。伽伐尼于1791年將此實驗結果寫成論文,公布于學術界。


伽伐尼的發現引起了物理學家們極大興趣,他們競相重復枷伐尼的實驗,企圖找到一種出現電流的方法,意大利物理學家伏特在多次實驗后認為:伽伐尼的“生物電”之說并不正確,青蛙的肌肉之所以能出現電流,大概是肌肉中某種液體在起用途。為了論證自己的觀點,伏特把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進行試驗。結果發現,這兩種金屬片中,只要有一種與溶液發生了化學反應,金屬片之間就能夠出現電流。


1799年,伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里,發現連接兩塊金屬的導線中有電流通過。于是,他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片,平疊起來。用手觸摸兩端時,會感到強烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的制成了世界上第一個電池──“伏特電堆”。這個“伏特電堆”實際上就是串聯的電池組。它成為早期電學實驗,電報機的電力來源。


意大利物理學家伏打就多次重復了伽伐尼的實驗。作為物理學家,他的注意點重要集中在那兩根金屬上,而不在青蛙的神經上。關于伽伐尼發現的蛙腿抽搐的現象,他想這可能與電有關,但是他認為青蛙的肌肉和神經中是不存在電的,他推想電的流動可能是由兩種不同的金屬相互接觸出現的,與金屬是否接觸活動的或死的動物無關。實驗證明,只要在兩種金屬片中間隔以用鹽水或堿水浸過的(甚至只要是濕和)硬紙、麻布、皮革或其它海綿狀的東西(他認為這是使實驗成功所必須的),并用金屬線把兩個金屬片連接起來,不管有沒有青蛙的肌肉,都會有電流通過。這就說明電并不是從蛙的組織中出現的,蛙腿的用途只不過相當于一個非常靈敏的驗電器而已。


二,發展


1836年,英國的丹尼爾對“伏打電堆”進行了改良。他使用稀硫酸作電解液,解決了電池極化問題,制造出第一個不極化,能保持平衡電流的鋅─銅電池,又稱“丹尼爾電池”。此后,又陸續有去極化效果更好的“本生電池”和“格羅夫電池”等問世。但是,這些電池都存在電壓隨使用時間延長而下降的問題。


1860年,法國的普朗泰發明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是,當電池使用一段使電壓下降時,可以給它通以反向電流,使電池電壓回升。因為這種電池能充電,可以反復使用,所以稱它為“蓄電池”。


然而,無論哪種電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體,因此搬運很不方便,特別是蓄電池所用液體是硫酸,在挪動時很危險。


也是在1860年,法國的雷克蘭士(GeorgeLeclanche)還發明了世界廣受使用的電池(碳鋅電池)的前身。它的負極是鋅和汞的合金棒(鋅-伏特原型電池的負極,經證明是作為負極材料的最佳金屬之一),而它的正極是以一個多孔的杯子盛裝著碾碎的二氧化錳和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作為電流收集器。負極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此系統被稱為“濕電池”。雷克蘭士制造的電池雖然簡陋但卻便宜,所以一直到1880年才被改進的“干電池”取代。負極被改進成鋅罐(即電池的外殼),電解液變為糊狀而非液體,基本上這就是現在我們所熟知的碳鋅電池。


1887年,英國人赫勒森發明了最早的干電池。干電池的電解液為糊狀,不會溢漏,便于攜帶,因此獲得了廣泛應用。


1890年ThomasEdison發明可充電的鐵鎳電池


1896年在美國批量生產干電池


1896年發明D型電池.


1899年WaldmarJungner發明鎳鎘電池.


1910年可充電的鐵鎳電池商業化生產


1911年我國建廠生產干電池和鉛酸蓄電池(上海交通部電池廠)


1914年ThomasEdison發明堿性電池.


1934年SchlechtandAkermann發明鎳鎘電池燒結極板.


1947年Neumann開發出密封鎳鎘電池.


1949年LewUrry(Energizer)開發出小型堿性電池.


1954年Geraldpearson,CalvinFullerandDarylChapin開發出太陽能電池.


1956年Energizer.制造第一個9伏電池


1956年我國建設第一個鎳鎘電池廠(風云器材廠(755廠))


1960前后UnionCarbide.商業化生產堿性電池,我國開始研究堿性電池(西安慶華廠等三家合作研發)


1970前后出現免維護鉛酸電池.


1970前后一次鋰離子電池實用化.


1976年philipsResearch的科學家發明鎳氫電池.


1980前后開發出穩定的用于鎳氫電池的合金.


1983年我國開始研究鎳氫電池(南開大學)


1987年我國改進鎳鎘電池工藝,采用發泡鎳,電池容量提升40%


1987前我國商業化生產一次鋰離子電池


1989年我國鎳氫電池研究列入國家計劃


1990前出現角型(口香糖型)電池,


1990前后鎳氫電池商業化生產.


1991年Sony.可充電鋰離子電池商業化生產


1992年KarlKordesch,JosefGsellmannandKlausTomantschger取得堿性充電電池專利


1992年BatteryTechnologies,Inc.生產堿性充電電池


1995年我國鎳氫電池商業化生產初具規模


1999年可充電鋰聚合物電池商業化生產


2000年我國鋰離子電池商業化生產


2000后燃料動力電池,太陽能電池成為全世界矚目的新能源發展問題的焦點


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