神奇的電學 青年大學習：一口氣解讀電池的全部秘密。

發明天才的人真是塊乾電池 你用腳壓子都想不到 如今在我們生活中無孔不入的電池 竟然來自半隻身殘至尖的大蛤蟆 時間一杆子給它儲到1786年 意大利解剖學家路易吉·加法尼醫生 在主刀一場青蛙車裂實驗中 手術刀不小心觸碰到了青蛙胸的腿部神經 早已過了頭七的青蛙腿 竟然開始抽搐 這到底是咋回事呢 加法尼低頭不語 只是一個字的刺激這隻蛙腿 餵我花生 加法尼研究後認爲 蛙腿的抽搐應該來自於一種電 而這種電就像是青蛙的靈魂一樣 存在於所有碳基生物的體內 於是他就提出了生物電 這個超越歷史時代的名詞 很快啊 生物電的概念吹遍了整個歐洲 加法尼也因此名聲鵲起 然而就在此時 他的一個意大利老鄉提出了異議 此人名叫亞歷山德羅 朱賽佩 安東尼奧 安娜塔修 福特 我按了個燈 這鬼名字怎麼這麼長 福特一開始也是認同生物電的 但他在還原了加法尼的實驗後認爲 引起蛙腿顫動的原因並不是青蛙本身 而是源自觸碰蛙腿的金屬 隨後他用鹽水配合各種不同材質的金屬 都產生了能夠刺激舌頭的電流 有了這個理論的加持 福特馬上準備了大量銅片與芯片 他用浸透過鹽水的紙做隔斷 將兩種金屬一一對應堆疊在一起 然後又伸出了自己的小舌頭 聞了就知道味道還真不錯嘞 至此世界上第一顆用化學能轉化爲電能的電池 伏達電堆誕生了 其實伏達電堆的工作原理非常簡單 由於芯和銅的活潑性不同 所以它倆在鹽酸域中釋放的離子數也就不同 這樣溶液兩端就會形成電勢差 從而使電子發生流動 因此產生了電流 如今我們將這種不同金屬加電解液的電池稱作原電池 時間跨越兩百多年後的今天 電池的發展也經歷了嗷嗷起飛的過程 伏達形態結構五花八門 連儲能樣式都讓人眼花繚亂 其中常見的有5號7號單電池 9伏達方塊電池 3伏達扭扣電池 還有12伏達汽車蓄電池等等 那到底它們都是怎麼個工作方式呢 哎 我們先來看看你家儲量最大的鹼性氈電池 這是一節常用於煤氣竈點火的1號電池 表面有一層PVC塑料外皮包裹 除了絕緣的作用以外 還用於印刷電池的型號參數 比如電壓和容量值 電池的兩端會標註正負極 一般有窩了個豆的一頭爲正極 而沒有豆的平面端則爲負極 扯掉它的塑料外衣 由鍍鑷鋼製成的主電池外殼就會顯露出來 它可以緊緊包裹住自己的內臟來起到保護作用 緊貼着鋼殼的第一層爲電池的正極層 它主要由氧化錳和石墨的混合物組成 其中石墨是爲了提高混合物的導電性 並增加能量密度 接下來是一層多孔的纖維紙 它作爲屏障可以防止電池陽極材料與陰極材料直接接觸 以延長電池的放置壽命 而電池上的小孔則只能允許離子級的顆粒通過 在電池的生產過程中 我們會在纖維隔離紙的內部噴灑氫氧化鉀電解液 電解液浸透隔板 被正極中的二氧化錳吸收 可以有效的促進金屬離子的傳導 由於氫氧化鉀是一種強鹼溶液 所以這種電池也就被稱作鹼性電池 在纖維紙的內層 我們就可以填充電池的負極材料了 它一般是由鉛粉和凝膠劑混合製成的糊狀物 凝膠劑能讓鉛不發生聚集 而是始終保持懸浮狀態 這樣能使新元素獲得更大的接觸面 降低內阻 以改善電子的遷移效率 最後我們用尼龍塑料蓋封口 並插入一根黃膛鏽與外層鋼蓋連接 組成整個電池的負極 尼龍塑料蓋可以有效的隔離電池的正負極材料 以防止電池短路漏電 好了 關於電池的結構就是這樣省的 有動手能力強的老鐵就可以開始手搓了 畢竟優勢在我 接下來我們學習電池的基本知識 看過往期視頻的同學都知道 電流由電子的運動形成 它在電路中的移動方向是從負極流向正極 而電池作爲最常見的電源類型 它的作用就是提供電子通過電路的推力 當電子發生移動後 我們則可以連接一些負載來強迫它做工 哪怕是996它都不會抱怨什麼 電池推動電子由負極流向正極 方向是不會改變的 所以我們將這種電叫做直流電 它在施波器上的顯示就是一條直線 那電池到底是怎麼推動電子的呢 老漢推車 no no no 在幼兒園的高等物理課上我們學過 物質都是由原子組成的 而電池的內部更是被各種原子所填滿 現在我用不同顏色的小球將它們區分 大家可以暫停閱讀 當這些不同種類的原子被強行塞入一個鐵皮外殼後 它們之間就會產生各種微妙的化學反應 首先電解液中的氫氧根底子會與負極內的氫原子結合 發生氧化反應並生成氫氧化鋅 在這個過程中 氫原子達到高潮會噴射出兩個電子 形成自由電子 這些自由電子無處可去 只好乖乖的聚集在黃土箱上 與此同時 正極中的二氧化鋅會與電解液中的水分子和自由電子結合 發生還原反應 生成氫氧化氧鋅並噴射出一個氫氧根底子 這個氫氧根底子可以輕鬆穿越隔膜進入負極的身體 從而與水分子之間發生了互換 此時負極的大銅棍子上聚集了衆多的自由電子 這就與失去電子的正極形成了電位差 所以我們用萬用表測量它的兩端就能得到電池的電壓值 其實在電池內部 負極的自由電子也想鑽入正極 但無奈有層膜擋着 死活過不去呀 哎 那就需要你來給它們牽線搭橋了 當我們用一根導線將電池正負極連通後 電子就會急不可待的通過這根雀橋瘋狂衝上正極 哪怕我們在中間增加一個又一個的負載 也完全無法阻止它對正極的嚮往 玩了個洞 這多像是那些奮不顧身的舔狗啊 寧可犧牲自己 也要全力奔赴自己的女神 你既然要保全別人 我便拼命保全你就是 好吧 讓我們言歸正傳 我們將這個反應過程總結一下 正極中的二氧化盟與水分子加自由電子結合 還原生成氫氧根離子 氫氧根離子鑽入負極與新原子結合 又氧化成水和自由電子 自由電子再通過導線回到正極與二氧化盟反應 至此 一根筋變成了兩頭肚 從而使整個反應趨近於閉環 但是電池內部的材料是有限的 所以隨着時間的流逝 二氧化盟核心也會被慢慢消耗完畢 最終的結果就是不會再生成電子 那麼這個電池也就走到了生命的盡頭 成爲一顆必須要丟棄的垃圾 哎 舔狗真的好可憐呀 好了 我們不說傷心的事情了 你知道電池應該怎麼使用嗎 哎 肯定會有老天說了 電池這玩意兒給狗狗都會用 那還真不一定 電池作爲一種固定電源 可以給簡單電路供電 那如果是高功耗模塊呢 很多時候單單獨獨的電量是無法完成任務的 所以這時候我們就需要用到電池組 電池可以通過兩種方式打包成組 分別叫做串聯和並聯 當我們串聯電池輸出時 每顆電池的電壓會被加在一起 比如兩顆1.5伏的電池串聯 就能輸出3伏電壓 而三顆就是4.5伏 每顆電池都會增強穿過它身體的電子 從而獲得更高的電壓 而當我們將電池並聯時 無論你並聯多少克 它的電壓永遠都不會改變 只能是1.5伏 這是因爲電池的負極雖然在合併處聚攏了電子 但是在返回正極前還是要將其分裂的 這導致分配給每個電池的電子數量並不會提升 但是並聯電池可以提供更大的電流 並且擁有更大的容量來維持設備更久的運行時間 我們拿容量爲1000毫安的電池舉例 兩節電池在並聯狀態下可擁有2000毫安的容量 但電壓只有1.5伏 但如果將兩枚電池串聯呢 它的輸出容量只有1000毫安 但是電壓能達到3伏 而這就是電池串聯與並聯的區別 怎麼樣 學到真東西了吧 除了乾電池 我們生活中還有各種各樣的電池 例如燃油車使用的鉛酸蓄電池 它的頂部設有正負極輸出端子 取下蓋板後 你會看到內部被分爲六個腔室 每個腔室都有一組獨立的電池 大約能產生2.1伏的直流電 將它們串聯起來就得到了汽車電瓶的12.6伏電壓 鉛酸蓄電池的每組電池都由正負兩種極板組成 其中負極板用純鉛製作 而正極板則主要使用氧化鉛 爲什麼要這樣做呢 當把純鉛負極和氧化鉛正極同時塞入硫酸時 氧化鉛會和硫酸根離子反應生成硫酸鉛 並釋放出氧離子與水中的氫離子結合 進而組成水分子 而負極的鉛這邊也會與硫酸反應並同時生成硫酸鉛 但是它的這個過程中會釋放出兩個電子到負極端子上 使端子攜帶了負電 這樣正負極端子之間就有了電位差 此時用萬用表就能測出2.1伏的數值 以上就是鉛酸蓄電池的發電原理 組裝極板時 爲了防止正負極短接 我們會在兩極之間插入一塊PP或者PE材質的闆闆 這種多孔材料只能允許離子通過 從而有效的隔離了正負極板 接下來給電瓶盒內加入硫酸與水混合的電解液 我們的鉛酸蓄電池就算是大功告成了 在能源科技飛速發展的今天 電池無論在種類還是功能上 都已經無時不刻寄生在你的衣食住行中了 比如石英手錶中的紐扣電池 手機中的聚合物電池 新能源汽車中的硫酸鐵鋰或者三元鋰電池 甚至是未來可見的可控核電池 努力吧少年 新時代的能量方程正等着你去解開呢 下課