電池的基礎(chǔ)

從我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會(huì)使用到的干電池、充電寶到最近話題性持續(xù)升高的燃料電池，需要電池的地方可以說是無處不在。可是對(duì)于電池你又了解多少呢？從本期內(nèi)容開始，主要會(huì)與大家探討一下電池這個(gè)內(nèi)容。作為第一期的內(nèi)容，會(huì)首先先介紹一下以化學(xué)電池為主的電池基礎(chǔ)知識(shí)。那就讓我們開始吧！

電池的分類

從發(fā)電原理對(duì)電池進(jìn)行分類時(shí)，可以分為化學(xué)電池、物理電池、生物電池的3種種類。首先是伴隨化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)電池。化學(xué)電池分為了干電池等的一次電池與可進(jìn)行充電的二次電池。另外，燃料電池是運(yùn)用了氫與氧的化學(xué)反應(yīng)的電池，所以也被分類至化學(xué)電池。

物理電池為吸收熱與光能量并轉(zhuǎn)換為電能的電池。比價(jià)具有代表性的電池有太陽能電池。

生物電池是利用酶與葉綠素等的生物觸媒與微生物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的電池。近年來以生物質(zhì)發(fā)電的名稱被大家知悉。對(duì)日本政府所提出的邁向碳中和社會(huì)也作出了貢獻(xiàn)。

1.電池發(fā)電的原理

當(dāng)電池內(nèi)的電發(fā)生流動(dòng)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，發(fā)電狀態(tài)下的電池能通過連接LED或燈泡將其點(diǎn)亮。除此以外，發(fā)電狀態(tài)下的電池還能驅(qū)動(dòng)馬達(dá)或智能電話等。那么，為什么電池內(nèi)部電流會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)呢？

對(duì)于電池發(fā)電的原理，簡(jiǎn)單來說就是異種金屬間的電荷的移動(dòng)。當(dāng)異種金屬間發(fā)生電荷移動(dòng)時(shí)，電子會(huì)在＋與 - 的電極間移動(dòng)。當(dāng)此電子發(fā)生移動(dòng)時(shí)，則電流也會(huì)發(fā)生流動(dòng)從而開始發(fā)電。

2. 一次電池與二次電池的區(qū)別

在之前的說明中有講解到一次電池與二次電池的區(qū)別在于是否可以對(duì)其進(jìn)行充電。常見的一次電池有錳干電池、堿性電池、紐扣電池等。而常見的二次電池有鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛蓄電池、鋰離子電池等。通過確認(rèn)這些化學(xué)電池的化學(xué)反應(yīng)能否恢復(fù)到原有狀態(tài)的可逆反應(yīng)或不可逆反應(yīng)，從而判斷其為一次電池或二次電池。

3. 代表性一次電池的特征

在這個(gè)部分，會(huì)主要介紹一下常見的一次電池與其特征。

1. 錳干電池

在鐘表等中經(jīng)常會(huì)使用到的猛干電池，作為正極材料使用的是二氧化錳、負(fù)極材料使用的是鋅、電解液則使用的是弱酸性的氯化鋅與氯化銨。在電解液中使用氯化鋅可以產(chǎn)生比使用氯化銨更大的電力。并且由于化學(xué)反應(yīng)會(huì)消耗電解液中的水分，所以具有不易發(fā)生漏液的特征。

2. 堿性（錳）干電池

錳干電池是由負(fù)極材料覆蓋棒狀的正極材料的結(jié)構(gòu)，堿性干電池是由二氧化錳與石墨的正極材料覆蓋鋅粉末的負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)。兩者形成了截然相反的結(jié)構(gòu)。作為堿性干電池的由來，電解液中使用了氫氧化鉀，但是由于氫氧化鉀為堿性物質(zhì)所以被稱為了堿性電池。

3. 硬幣型二氧化錳鋰電池

紐扣性二氧化錳鋰電池也被稱為CR電池。CR2032等型號(hào)的硬幣型鋰電池不僅體積小、重量輕，工作電壓也可達(dá)3V并且工作溫度范圍廣。是從手表到汽車鑰匙等小型產(chǎn)品中被廣泛使用的鋰電池。作為負(fù)極活性物質(zhì)有金屬鋰，而電解質(zhì)則使用的是有機(jī)電解液。

4. 紐扣型堿性電池

與第3項(xiàng)介紹的CR一樣，紐扣型堿性電池也具有小型、輕量的特征。工作電壓為1.5V。使用用途除了CR以外，還可使用在LED商品等。負(fù)極活性物質(zhì)有鋅，電解質(zhì)使用的是堿水溶液氫氧化鉀。

4. 代表性二次電池的特征

在這個(gè)部分，會(huì)主要介紹一下常見的二次電池與其特征。

1. 鎳鎘電池

鎳鎘電池的負(fù)極活性物質(zhì)使用的是鎘，正極活性物質(zhì)使用的是羥基氧化鎳，電解液則使用的是堿溶液的電池。電壓是與干電池差不多相同的1.2V。鎳鎘電池在經(jīng)歷過放電并在長(zhǎng)時(shí)間放置后，其性能也不會(huì)低下。另外鎳鎘電池還擁有出色的大電流負(fù)載特性的特征，所以即使是現(xiàn)在還會(huì)被無繩電話或電動(dòng)工具等所使用。

2. 鎳氫電池

鎳氫電池是一種從小型到大型都能進(jìn)行大范圍容量設(shè)計(jì)的電池，在混合動(dòng)力汽車等均有使用。因?yàn)槟苋〉帽孺囨k電池的大幾倍的容量，并且不使用鎘等元素，所以得到了廣泛的普及。

3. 鋰離子電池

鋰離子電池在90年代實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化，是一種擁有輕量、高電壓、大功率、自放電率少等特征的電池。是近20年以來非常普及的二次電池之一。

本文來源于KIKUSUI菊水

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