電池的基礎(chǔ)

從我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會使用到的干電池、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。可是對于電池你又了解多少呢？從本期內(nèi)容開始，主要會與大家探討一下電池這個內(nèi)容。作為第一期的內(nèi)容，會首先先介紹一下以化學(xué)電池為主的電池基礎(chǔ)知識。那就讓我們開始吧！

電池的分類

從發(fā)電原理對電池進行分類時，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行充電的二次電池。另外，燃料電池是運用了氫與氧的化學(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。對日本政府所提出的邁向碳中和社會也作出了貢獻。

1.電池發(fā)電的原理

當(dāng)電池內(nèi)的電發(fā)生流動處于發(fā)電狀態(tài)時，發(fā)電狀態(tài)下的電池能通過連接LED或燈泡將其點亮。除此以外，發(fā)電狀態(tài)下的電池還能驅(qū)動馬達或智能電話等。那么，為什么電池內(nèi)部電流會產(chǎn)生流動呢？

對于電池發(fā)電的原理，簡單來說就是異種金屬間的電荷的移動。當(dāng)異種金屬間發(fā)生電荷移動時，電子會在＋與 - 的電極間移動。當(dāng)此電子發(fā)生移動時，則電流也會發(fā)生流動從而開始發(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)別在于是否可以對其進行充電。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

在這個部分，會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)常會使用到的猛干電池，作為正極材料使用的是二氧化錳、負極材料使用的是鋅、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等型號的硬幣型鋰電池不僅體積小、重量輕，工作電壓也可達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。作為負極活性物質(zhì)有金屬鋰，而電解質(zhì)則使用的是有機電解液。

4. 紐扣型堿性電池

與第3項介紹的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

在這個部分，會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)歷過放電并在長時間放置后，其性能也不會低下。另外鎳鎘電池還擁有出色的大電流負載特性的特征，所以即使是現(xiàn)在還會被無繩電話或電動工具等所使用。

2. 鎳氫電池

鎳氫電池是一種從小型到大型都能進行大范圍容量設(shè)計的電池，在混合動力汽車等均有使用。因為能取得比鎳鎘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年代實現(xiàn)了實用化，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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