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1、74化学教育2011年第7期化学史与化学史教育电池300余年的发展史*但世辉陈莉莉(湖北襄阳市东风中学441004)摘要从300多年前伏打电堆的诞生之日起,电池便成为人类社会不可或缺的重要部分,能源短缺以及环境问题使人们一直在不停地寻找新的电池,也更进一步加速了电池的发展。本文介绍了各种最新电池的发展历史及其原理和用途,并对电池的未来发展做出展望。关键词一次电池二次电池微生物燃料电池太阳能电池核电池从1600年美国科学家吉尔伯特建立了对电池2MnO2+H2OZnO+2MnOOH的研究
2、基础开始,电池的发展便从未停歇。由碱性锌锰电池始于1882年,科学家勒克斯在一1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发份德国专利中提出以MnO2碳极板为正极,氢氧化明,至1883年发明了氧化银电池,1899年发明了钠或氢氧化钾溶液为电解液,以锌极板为负极的原镍镉电池电池在19世纪便已进入了商品化电池。1912年科学家阿肯巴克获得了第一个碱性二阶段;进入20世纪后,电池理论和技术曾一度处氧化锰干电池专利,他使用碱性凝胶填料于停滞时期,但在第二次世界大战之后,电池技术(淀粉凝胶)和加有10%MgO的KOH或NaOH作又进
3、入了快速发展时期:1951年实现了镍镉电为电解质溶液,用MgO作为电解质溶液的固定剂,池的密封化,1958年美国哈里斯公司提出了采用遗憾的是,这些早期的电池都没有商业上的价值。有机电解液作为锂一次电池的电解质20世纪1970年至今则是碱性锌锰电池发展及完善阶段,其80年代基于环保考虑,研究重点转向蓄电池并使中最重要的一点就是解决了电池中汞齐化锌粉含汞其迅速发展;20世纪90年代进入了锂离子电池的量过大等环境问题,逐步实现了低汞化和无汞化,天下,大大减少了铅酸电池等可充电电池所带来的另外现今的碱性锌锰电池也可以实现大电流放电,污染;进入
4、21世纪后,随着能源的紧缺和环保概适应了电子器件需要大功率电池的发展趋势。念的升华,各国科学家也在努力寻求与时代发展同由于碱性锌锰电池能重负载、电容量大、低温步且功能更强大的新型电池。性能和防漏性能好、性能价格比高等优点而广泛用1最早商业化的一次电池碱性锌锰电池于民用和工业。特别适用于闪光照相机、微型收录随着第二次世界大战的结束,为了适应重负荷机、对讲机、剃须刀、游戏机、遥测器、计算器、用途的需要,进一步发展了碱性锌锰电池并由德国助听器等仪器设备。如五号碱性锌锰电池用于闪光埃贝尔公司首先制成了商业碱性锌锰电池。20世照相机可连拍8~
5、10个胶卷,而其它普通干电池一纪50年代末的深入研究发现,碱性锌锰电池能提般只能拍1~2个胶卷。供比酸性锌锰电池高得多的电流和容量,使得碱性2环保意识下的二次电池锂离子电池锌锰电池的前景大为改观,并于20世纪60至701859年英国科学家普兰第发明了铅酸电池并年代形成了碱性锌锰电池的新时代。于1870年采用西门子发电机将铅酸电池改为二次电池,这便是世界上最早的二次电池。随着人们环保意识的日益增强,铅、镉、汞等有毒金属的使用日益受到限制,于是在1970年代发明了传统铅酸电池的替代者锂离子电池。1991年锂离子电池实现了商品化。相
6、对于碱性锌锰电池而言,锂离子电池是一种可再生的二次能源,相对于铅酸电池等二次电池而言,锂离子电池更清洁,再加之具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点,在手机、笔记本电脑、电动工具、数码相机等领域都得到了广泛的应用。图1碱性锌锰电池+锂离子二次电池实际上为一个Li浓差电池,碱性锌锰电池(图1)的结构与酸性电池完全以石墨/锂钴氧电池为例(图2):正极为氧化钴锂相反,电池中心是负极,锌呈粉状,正极区在外(LiCoO2),负极为石墨化碳。充电时正极LiCoO2层,是MnO2和KOH混合物,外壳是钢筒。碱性中的锂离子迁出,经过电解液嵌入石墨的碳层
7、间,锌锰电池克服了酸性电池存放时间和电压不稳定的在电池内形成锂碳层间化合物;放电时过程相反,缺点,但仍然为一次电池,电池反应:Zn++即Li从石墨负极的层间迁出,经过电解液进入正2011年第7期化学教育75[1]极LiCoO2中。电池反应为:LiCoO2+C向无介体、无膜的方向发展。总之,MFC必将成Li1-xCoO2+LixC。为电池中变废为宝的奇兵。图2锂离子电池工作示意图实际上锂离子电池在正极与负极之间还有隔膜及电解质。锂离子电池的电解质是有机液体电解质。1994年美国贝尔研究所用
8、凝胶聚合物电解质代替有机液体电解质制成了一种更多优点的聚合物锂离子电池。与传统锂离子电池相比,其工作原理并无变化,但其能量密度更高、工作安全性更强、循环寿命更长并且容易组成不同输
