电池是由正负极、电解液和隔膜组成的电化学装置。当电池完成充电后,正极和负极上分别形成了电势差,即电荷的电势能。一旦把电路给闭合,电解液中的离子会在正负极之间反复迁移,产生电流,驱动外部设备工作。正极负责失去电子,被氧化成离子,而负极则增加电子,还原成离子。
电池的电性能又被称为电池容量,它是指在特定条件下,电池能够放电的电量。电池容量越高代表着电池能够工作的时间也就越长。
按照化学反应方式来划分,电池可以分为干电池和湿电池。干电池又被称作原电池或干电池芯,不可充电,常见的有锌碱干电池、碳锌干电池、锂电池等。
湿电池则可以按照电解液的类型来分,一般是由酸性、碱性或盐桥电解液组成。典型的例子是铅酸蓄电池、镍氢电池等。此外,还有可充电电池和不可充电电池两类,可充电电池比如镍氢电池,可在外部提供电力时进行反过程,向电池存储能量。
电池的优点在于它们无声无味,排放的废气少,体积小,携带方便。同时电池取代了许多需要依靠外部电力的设备,比如手提计算机、移动电话、汽车、船只、飞机发动机等。
然而,电池也有缺点。首先,大多数电池需要定期更换,这是对环境造成额外负担的源头之一。同时电池也有着相当高的成本、重量和低能量密度。它们释放的能量只有锂等轻量元素的化学反应可以相提并论。
研究机构、企业以及学术界正在全球各地研究各种创新技术,以便今后生产出更好、更高效的电池。国际上在新能源汽车、电动工具等领域取得的成果正用于改善传统电池的性能,比如电容量、充电时间、电池续航能力的增强等。
在不远的未来,可充电钠硫电池、硅空气电池、钠氯化镁电池、氢气电池等将逐渐替代传统燃油动力,为我们的世界提供更加可持续、清洁的能源来源。