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真气人！游戏正玩到关键的地方,手机居然又没电了！忍无可忍的徐来来把手机狠狠往床上一扔,喊道：“什么破电池！废物一个！”
“喂喂,你这么说我太过分了少年！”只见手机的屏幕突然亮了起来,同时就像恐怖片里那样,响起一个幽幽的声音,“我们电池可是一件伟大的发明.如果没有我们的话,人类的生活可就很不妙了！”
“这不用你来告诉我,老师在科学课上已经让我们做过作业了.观察一下生活中都有哪些东西是需要电池的.”徐来来根本不害怕,还从书包里翻出了作业本,“看,电子表、闹钟、遥控器、笔记本电脑等还有太阳能飞机、汽车上的太阳能电池.”
“嗯,回答得不错,但你知道我们电池是怎么会有电的吗?”
哇,这可把徐来来难住了.于是,手机上开始出现了一张张图片和文字：“电池,其实就是一个小型的化学反应器.通过电池里的化学物质发生反应,产生高能电子,就可以为外部设备提供电力等”
“唉,你能让我把游戏玩完了再讲课吗?我马上就要通关了啊.”徐来来苦着脸,咬紧牙关,把这句话咽进了肚子里.
谜一般的“巴格达电池”
1936年6月盛夏的一天,在伊拉克首都巴格达城近郊,工人们挥动铁锹,发掘出一座用巨大石板砌成的古代陵墓.考古学家们从这座陵墓中发现了大量古波斯时代的文物.但是,其中最令他们惊讶的不是金银财宝,而是一些铜管、铁棒和陶器.
“这些小型铜管、铁棒和陶器为何同金银器等贵重物品一起埋葬在这里?它们有什么用途?”当时担任伊拉克博物馆馆长的德国考古学家瓦利哈拉姆·卡维尼格对此百思不解.他立即组织力量,对这些铜管、铁棒和陶器进行研究和鉴定.很快,他们就发现了一件异常奇特的陶器,它高15厘米,形似花瓶,瓶里装满了沥青.沥青之中埋有一根直径2.6厘米、高9厘米的铜管.铜管内包着一根铁棒.它比铜管高出1厘米,高出的部分上有一层灰色偏黄的物质,好像是一层铅.铁棒下端则塞有3厘米高的沥青,使铁棒同铜管相隔离.
经过化学鉴定,卡维尼格宣布了一个惊人的消息：“这个带有铜管和铁棒的陶器是一个古代化学电池！只要向陶瓶内倒入一些酸或碱性水,便可以发出电来.”他把这个陶器命名为“巴格达电池”.
2000年前的人类就开始做电池?这太不可思议了！考古界纷纷质疑卡维尼格的发现,还有人认为他在 .但在1970年,一些美国科学家做了一个“巴格达电池”的复制品,并把葡萄酒、铜矿石、硫磺和盐酸等古代居民可以找到的物质倒在里面混合,再把醋和柠檬汁注入铜管.结果,这个模型真的产生了电压为1.5伏的电流！而且持续了18天.于是,这些科学家认为,“巴格达电池”应该是真实存在的.
可是,那时候又没有家用电器,人们用这个电池来做什么呢?一位德国科学家做了实验,他将一个小雕像抹上一层金粉水,随后接通“巴格达电池”.两个多小时后,一座栩栩如生的涂金雕像便出现在他眼前.显然,这是一种原始的镀金设备.当然也不排除一些古代医生用这种微弱的电流来给人治病.
电池是如何工作的?
“好了,下面的科学课上老师都讲过了.我们还做了小实验,用水果发电.”徐来来终于插上了话.“现在可以让我接着打游戏了吗?”
“不错,少年.水果发电其实是模仿了伏打电池的原理.”1800年,意大利物理学家伏打在一枚铜片和一枚锌片中间夹上浸有盐水的布片,就做成了一个可以发电的小单元.他再将这些小单元堆叠起来,就得到了“伏打电堆”,也就是最原始的电池.
每一个小单元能够产生0.76伏特的电压.通过将这些小单元串联,积少成多,就可以得到一股不小的电压了.而盐水是一种可以导电的液体,它能将可溶解的电离子传输出来.所以,只要用导线将电堆的两端连接起来,就能够产生稳定的电流.“可是,你平时用的电池并不是这个样子吧?它们身上的电又是从哪里来的呢?”
咦,对啊.徐来来想起自己上二年级的时候,有一次好奇,把一枚电池给“解剖”了.结果发现它的外面是一个厚厚的、硬邦邦的铁皮壳子,里面装着一堆黑色的、粘乎乎的“药粉”.奇怪,这些东西是怎么会发出电来的呢?“嗯,那你接着讲讲吧.”
每个人都知道,电池有正负两极,一头是“+”,另一头是“-”.往电器里安电池的时候,必须要先看好正负极的位置,不能弄颠倒了.但在电池的内部,正负极却是里外两层.正极是胶态的锌粉和氢氧化钾电解液,分布在整个电池的外层；而负极是二氧化锰和石墨的混合物,充满了电池的内层.这两层之间用一层多孔的纤维布隔开,以防止它们直接接触,造成电池内部的短路.
除此之外,在电池的中心有一根铜做的内芯.当电池里的两层药剂渗透了纤维布,开始发生化学反应时,会产生大量的电子.这根铜芯便会将电子传导出来,集中到电池的“-”极上.当我们把电池安装在设备上时,外面电路上的铜片就和电池里的铜芯形成了一个循环的电路.电子被铜芯传导到“-”极,再流过电路,回到“+”极.这样,电池就可以为电子表、闹钟、手电筒、收音机等等设备供电了.
随着时间的推移,这两层化学药剂不断发生反应,渐渐被消耗掉.于是,电池的电量就用完了.但是,里面仍然含有氢氧化钾的电解液.如果放置时间过长,这些电解液就可能会渗漏出来.所以对于用过的废旧电池一定要集中处理,否则就会污染环境.
一次电池vs充电电池
“一次性电池太浪费了！”徐来来想起了自己从小到大玩过的那些电动玩具,拆下来的旧电池都可以装满一个大罐子了.“还好现在有了充电电池等哦,我可以先给手机插上充电器吗?”
“可不是只有手机上的电池才能充电哦！你还知道哪些能充电的电池呢?”这一问简直让徐来来崩溃了：这手机真的不是中了病毒吗?
1859年,法国物理学家普兰特发明了铅蓄电池.它用填满海绵状铅的铅板作为负极,用填满二氧化铅的铅板作正极,并用1.28%的稀硫酸代替盐水来导电.电池在放电时,二氧化铅会和稀硫酸中的水发生反应,释放出氧离子和氢离子,生成不稳定的氢氧化铅.而负极上的金属铅则会被氧化,生成硫酸铝,并释放出多余的电子.而当这种电池被通电时,硫酸铅和氢氧化铅又会被还原成原来的铅和二氧化铅.所以这种电池是可以反复充电使用的.直到今天,汽车上使用的仍然是这种铅蓄电池.
1989年,自学成才的美国发明家斯坦福·奥申斯基发明了镍氢电池.这种电池由稀土元素的混合物加上钛,或用锰、镍、钴等金属元素的混合物制成.在充电时,这些元素可以和作为电解液的氢氧化钾中的氢离子发生反应,形成金属氢化物.然后再通过一系列化学反应还原,同时释放出电能.这种高能充电电池绿色环保,能量高,寿命长.给人类能源的发展做出了巨大贡献.
神奇的飞跃：锂离子电池
1980年,美国的一位物理学教授发明了一种新型的锂电池.锂是周期表中最轻的元素之一,因此它能够以最小的体积提供最高的电压.
在这种新电池中,锂和过渡金属（比如钴、镍、锰以及铁）和氧的化合物作为负极.在外加电压之后,充电开始,带正电的锂离子会从负极迁移到用石墨材料制成的正极,重新变为金属锂.因为金属锂极容易被氧化,它会迁移至负极并再次成为锂离子,同时将身上带着的电子转移到其他金属离子的身上.在这一循环中的电子移动提供了人们所需的强大电流.今天,我们在笔记本电脑、手机等大部分数码设备上使用的都是锂电池了.
锂电池的每一个小单元都能够提供更高的能量.但由于锂和其他金属的反应过度活跃,也会带来不稳定的后果.电池会更容易发热,甚至出现自燃.20世纪90年代,索尼生产的一种氧化锂钴电池就频频发生着火事故.经过不断的改进,人们用锂、铁以及磷酸盐构成新的锂离子电池负极,解决了电池不稳定的问题.这是电池技术的又一大飞跃.
现在,在特斯拉电动汽车上装备的锂电池容量已经达到惊人的85千瓦时,已经足够满足一个普通家庭的日常需要了.这样的电池既能够在汽车中使用,也能够在家居生活中使用.而科学家们预测,未来的新型电池将能够从家用太阳能和风能装置中获取足够的能量,并将其储存起来,在合适的时间拿出来使用,可以为全家提供未来数天所需的电力.
“明白了吧,少年?人类的生活是离不开电池的,下次早点准备好充电宝,可不要再把我们说成‘废物’了！”手机的屏幕终于慢慢地暗了下去.徐来来赶紧抓起它,一把插上电源——看来,以后人类的生活也离不开充电器了！
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