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在上两篇中，我们介绍了储能装置中的传统电容器和超级电容器的工作原理，懂得了电容器是直接储电的装置，我们还提过一种电容器。叫做赝电容器，它其实借用了电池的部分工作原理。所以不是纯粹的电容器，故日赝，接下来的几篇文章，我们先来了解电池。
电池的名字很有讲究，因为通常装有液体电解质，故日“池”，这一点有别于多数电容器，电池是个很古老的装置，它和蒸汽机是“同班同学”，民用的蒸汽机已经很少见了，而我们接触的电池却越来越多，如手机电池、笔记本电脑电池等，这些电子设备之所以如此轻便，高能量密度的锂离子电池功不可没，我读大学本科的时候，我的一位室友刚买了一部手机，是当时的一款著名机型，使用的是镍氢电池，但仅仅不到一年，这款机型在市场上就濒临淘汰，无人问津了，原因是体型、重量小巧得多的锂离子电池大举入侵，并迅速攻占了镍氢电池的市场，这给我很大震撼，我第一次感受到电池科技的威力，后来我到加拿大留学，很幸运地有机会跟随Linda Nazar教授从事新型电池的研究，亲眼见证了最新电池技术的发展。
电池的用途
电池的用途极其广泛，概括来说有两方面，其一是作为可移动能源，请大家注意“可移动”这三个字，在石油被大规模开采使用以前，人类最好的可移动能源是煤炭，所以交通就靠火车，将燃烧煤产生的热能，通过水蒸气转化为机械能来驱动火车，后来最好的可移动能源就是燃油，燃油的单位体积、单位质量所含有的能量非常大，所以人类社会对使用燃油非常上瘾，但是石油开采光了之后呢?我们的交通该怎么办?人们想到了电池，你或许玩过遥控汽车模型，或驾驶过儿童电动汽车吧，知道吗，那可是纯电动汽车的前辈啊，鉴于环保和化石能源濒临枯竭，电池是最有可能替代燃油作为可移动能源驱动未来的交通工具，当然，电池的传统强项是用在各种可携带电子设备中，如上面提到过的手机、笔记本电脑，电池的另一方面功能是能量储备，具体到风能、太阳能等可再生能源的大规模储存这两项功能，我们后面会具体介绍。
电池的发明
电池是如何发明的?让我们坐着时空机器回到公元1780年的意大利去看一看吧，一天，博洛尼亚大学的一位姓加尔瓦尼(Galvani)的教授在做生物实验，令他意想不到的奇怪事情发生了：当他用两根金属丝分别接触到已经死去的青蛙样本的一条腿和裸露在外的中枢神经的时候，青蛙腿居然抽搐了一下。加尔瓦尼对这个现象非常重视，经过反复试验，他把青蛙腿的抽搐归结为“动物电”效应，他认为动物体内可以产生电，这在当时引起了轰动，在博洛尼亚大学以南约40 km的帕维亚大学，另一位姓伏特(Volt)的年轻教授出于好奇。重复了这个“青蛙实验”，实验之后，伏特却无法认同加尔瓦尼的“动物电”学说，伏特认为导致青蛙腿抽搐的电流并不是青蛙腿自身所产生的，而是在两种性质不同的金属丝之间产生的，就这样，两种不同的学说形成了，加尔瓦尼和伏特在此后的几年中始终无法达成共识，他们在公开场合，带有绅士风度但又热烈地争论个不休，逐渐地，伏特的理论占据了上风，伏特为了证明他的理论。发明了一种装置，这种装置将加尔瓦尼“青蛙实验”中的青蛙换成了含有正、负离子的盐水溶液，把银(或者铜)线和锌线插入溶液中，两线之间就可以有电流，后来他又将几个这样的装置串联起来，命名为伏特电堆，这就是最早的电池，电池的发明彻底击败了“动物电”学说，使人类第一次得到稳定的、源源不断的电能，加尔瓦尼的理论虽然被证明是错误的，但他的工作却开创了电学大发展，为了纪念这位电学的启蒙者，后人把电池称为加尔瓦尼电池(Galvanic Cell)，偶尔才称之为伏特电池(Voltaic Cell)，所以在当代英语中，Galvanic表示有电流动的含义，你看，科学的发展离不开两个问题：为什么?和为什么不?伏特敢于质疑权威，他才有了更加接近真理的发现。
电池的工作原理
电池的放电工作原理是怎样的呢?我们先从物质组成说起，物质是由相同的或者不相同的原子排列组合构成的。每个原子中含有一个原子核和一个或多个绕原子核转动的电子，不同的物质对于自身电子的“控制力”是有很大差异的，对电子控制力强的物质有趋势去“夺取”其他物质的电子，电池就利用了这个规律。
我们让电子输出方作为电池的一个电极(负极)，电子接纳方作为另一电极(正极)，然后用一条带有相当电阻的导线作为电子传导的桥梁将两个电极连接起来，这样导线里就可能有流动的电子，就形成了电流，难道这就是电池放电的全部工作原理吗?事情没有这么简单，我们知道，电子带一个单位的负电荷，当电子通过外电路从电池负极流向正极时，会导致正极上带负电，而失去电子的负极则会带上正电。这就像“阴阳”，少了些“阴”就相当于多了“阳”，正、负极将是带有相反电荷的带电体，假设这种情况发生，由于正电荷和电子之间存在强大的吸引力，电子会离开正极重新流回负极，这样的话，电子转了一圈，相当于没有做功。
那么电池的电子转移到底是如何自发实现的呢?唯一的方法就是让电子流入、流出方都不显电性(即没有电荷积累)，我们知道电解液可以容纳和提供可自由移动的正：负带电离子，以锂电池为例，把电池正、负极置于同一个电解液中，当一个电子通过电池外电路离开负极到达正极的时候，电解液中会有一个锂离子(正电)自发地抵达正极，去抵消正极上新来的这个电子的负电性：同时负极失去一个锂离子，溶解到电解液中。这样对于负极来说，它同时失去一个电子和一个锂离子，同样保持了中性，这样，在锂离子电池工作的时候，电池电解液中的锂离子自发地由负极转移到正极，使得两极始终是电中性的，在这里，我们只是以锂离子电池为例，但电池的基本原理是相同的，因此，电解液是电池制备成功的关键，其实在电池内部，发生的是一个化学反应，我希望通过上面的非化学反应的道理的讲解，让大家理解其中的原理，在刚刚提过的青蛙实验中，青蛙的躯体就是含有盐的电解溶液，充当了电解液容器的角色，所以说加尔瓦尼虽然没有发明电池，但却“发现”过电池。
电池的发明意义重大，电容器虽然早于电池被发明，但是电容器放电的速度太快，通常只有几秒时间，不能够作为稳定的电源，而电池通常可以放电几个小时，这就为后来的电磁学实验提供了稳定可靠的电源。
在结束今天的讨论之前，我想提醒大家，对于所有的电池品种，其内部都或多或少含有有害化学物质，废旧电池不是普通垃圾，需要回收集中处理，请大家不要随意丢弃电池，以便保护环境，另外，切勿将电池的两极直接用导线连接，这会造成短路，瞬间有大量电能释放，可能会引起电池的破损甚至爆炸，也不要将电池靠近火源，温度太高同样会引起电池内的电解液沸腾导致爆炸。
责任编辑 程哲
电池的名字很有讲究，因为通常装有液体电解质，故日“池”，这一点有别于多数电容器，电池是个很古老的装置，它和蒸汽机是“同班同学”，民用的蒸汽机已经很少见了，而我们接触的电池却越来越多，如手机电池、笔记本电脑电池等，这些电子设备之所以如此轻便，高能量密度的锂离子电池功不可没，我读大学本科的时候，我的一位室友刚买了一部手机，是当时的一款著名机型，使用的是镍氢电池，但仅仅不到一年，这款机型在市场上就濒临淘汰，无人问津了，原因是体型、重量小巧得多的锂离子电池大举入侵，并迅速攻占了镍氢电池的市场，这给我很大震撼，我第一次感受到电池科技的威力，后来我到加拿大留学，很幸运地有机会跟随Linda Nazar教授从事新型电池的研究，亲眼见证了最新电池技术的发展。
电池的用途
电池的用途极其广泛，概括来说有两方面，其一是作为可移动能源，请大家注意“可移动”这三个字，在石油被大规模开采使用以前，人类最好的可移动能源是煤炭，所以交通就靠火车，将燃烧煤产生的热能，通过水蒸气转化为机械能来驱动火车，后来最好的可移动能源就是燃油，燃油的单位体积、单位质量所含有的能量非常大，所以人类社会对使用燃油非常上瘾，但是石油开采光了之后呢?我们的交通该怎么办?人们想到了电池，你或许玩过遥控汽车模型，或驾驶过儿童电动汽车吧，知道吗，那可是纯电动汽车的前辈啊，鉴于环保和化石能源濒临枯竭，电池是最有可能替代燃油作为可移动能源驱动未来的交通工具，当然，电池的传统强项是用在各种可携带电子设备中，如上面提到过的手机、笔记本电脑，电池的另一方面功能是能量储备，具体到风能、太阳能等可再生能源的大规模储存这两项功能，我们后面会具体介绍。
电池的发明
电池是如何发明的?让我们坐着时空机器回到公元1780年的意大利去看一看吧，一天，博洛尼亚大学的一位姓加尔瓦尼(Galvani)的教授在做生物实验，令他意想不到的奇怪事情发生了：当他用两根金属丝分别接触到已经死去的青蛙样本的一条腿和裸露在外的中枢神经的时候，青蛙腿居然抽搐了一下。加尔瓦尼对这个现象非常重视，经过反复试验，他把青蛙腿的抽搐归结为“动物电”效应，他认为动物体内可以产生电，这在当时引起了轰动，在博洛尼亚大学以南约40 km的帕维亚大学，另一位姓伏特(Volt)的年轻教授出于好奇。重复了这个“青蛙实验”，实验之后，伏特却无法认同加尔瓦尼的“动物电”学说，伏特认为导致青蛙腿抽搐的电流并不是青蛙腿自身所产生的，而是在两种性质不同的金属丝之间产生的，就这样，两种不同的学说形成了，加尔瓦尼和伏特在此后的几年中始终无法达成共识，他们在公开场合，带有绅士风度但又热烈地争论个不休，逐渐地，伏特的理论占据了上风，伏特为了证明他的理论。发明了一种装置，这种装置将加尔瓦尼“青蛙实验”中的青蛙换成了含有正、负离子的盐水溶液，把银(或者铜)线和锌线插入溶液中，两线之间就可以有电流，后来他又将几个这样的装置串联起来，命名为伏特电堆，这就是最早的电池，电池的发明彻底击败了“动物电”学说，使人类第一次得到稳定的、源源不断的电能，加尔瓦尼的理论虽然被证明是错误的，但他的工作却开创了电学大发展，为了纪念这位电学的启蒙者，后人把电池称为加尔瓦尼电池(Galvanic Cell)，偶尔才称之为伏特电池(Voltaic Cell)，所以在当代英语中，Galvanic表示有电流动的含义，你看，科学的发展离不开两个问题：为什么?和为什么不?伏特敢于质疑权威，他才有了更加接近真理的发现。
电池的工作原理
电池的放电工作原理是怎样的呢?我们先从物质组成说起，物质是由相同的或者不相同的原子排列组合构成的。每个原子中含有一个原子核和一个或多个绕原子核转动的电子，不同的物质对于自身电子的“控制力”是有很大差异的，对电子控制力强的物质有趋势去“夺取”其他物质的电子，电池就利用了这个规律。
我们让电子输出方作为电池的一个电极(负极)，电子接纳方作为另一电极(正极)，然后用一条带有相当电阻的导线作为电子传导的桥梁将两个电极连接起来，这样导线里就可能有流动的电子，就形成了电流，难道这就是电池放电的全部工作原理吗?事情没有这么简单，我们知道，电子带一个单位的负电荷，当电子通过外电路从电池负极流向正极时，会导致正极上带负电，而失去电子的负极则会带上正电。这就像“阴阳”，少了些“阴”就相当于多了“阳”，正、负极将是带有相反电荷的带电体，假设这种情况发生，由于正电荷和电子之间存在强大的吸引力，电子会离开正极重新流回负极，这样的话，电子转了一圈，相当于没有做功。
那么电池的电子转移到底是如何自发实现的呢?唯一的方法就是让电子流入、流出方都不显电性(即没有电荷积累)，我们知道电解液可以容纳和提供可自由移动的正：负带电离子，以锂电池为例，把电池正、负极置于同一个电解液中，当一个电子通过电池外电路离开负极到达正极的时候，电解液中会有一个锂离子(正电)自发地抵达正极，去抵消正极上新来的这个电子的负电性：同时负极失去一个锂离子，溶解到电解液中。这样对于负极来说，它同时失去一个电子和一个锂离子，同样保持了中性，这样，在锂离子电池工作的时候，电池电解液中的锂离子自发地由负极转移到正极，使得两极始终是电中性的，在这里，我们只是以锂离子电池为例，但电池的基本原理是相同的，因此，电解液是电池制备成功的关键，其实在电池内部，发生的是一个化学反应，我希望通过上面的非化学反应的道理的讲解，让大家理解其中的原理，在刚刚提过的青蛙实验中，青蛙的躯体就是含有盐的电解溶液，充当了电解液容器的角色，所以说加尔瓦尼虽然没有发明电池，但却“发现”过电池。
电池的发明意义重大，电容器虽然早于电池被发明，但是电容器放电的速度太快，通常只有几秒时间，不能够作为稳定的电源，而电池通常可以放电几个小时，这就为后来的电磁学实验提供了稳定可靠的电源。
在结束今天的讨论之前，我想提醒大家，对于所有的电池品种，其内部都或多或少含有有害化学物质，废旧电池不是普通垃圾，需要回收集中处理，请大家不要随意丢弃电池，以便保护环境，另外，切勿将电池的两极直接用导线连接，这会造成短路，瞬间有大量电能释放，可能会引起电池的破损甚至爆炸，也不要将电池靠近火源，温度太高同样会引起电池内的电解液沸腾导致爆炸。
责任编辑 程哲