- 相關(guān)推薦
化學(xué)電池的歷史和發(fā)展
眾所周知，我國是電池最大的生產(chǎn)國和出口國，國內電池生產(chǎn)總量50%以上用于出口，年創(chuàng )匯在上億美元。同時(shí), 隨著(zhù)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高,家庭或個(gè)人用便攜式電子產(chǎn)品、電器的不斷問(wèn)世并迅速普及, 電動(dòng)汽車(chē)、空問(wèn)技術(shù)、國防工業(yè)等領(lǐng)域的快速發(fā)展,與之相配套的電池作為一種攜帶方便的化學(xué)能源, 越發(fā)顯示出良好的應用前景和潛在的經(jīng)濟效益,成為近年來(lái)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。下面是小編搜集整理的化學(xué)電池的歷史和發(fā)展相關(guān)內容，歡迎閱讀。
最早的最普及的電池——鋅錳電池。
鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負極，氯化銨水溶液為主電解液的原電池。俗稱(chēng)干電池。在學(xué)術(shù)界中又稱(chēng)為勒克朗謝電池。 鋅錳電池是用面粉、淀粉等使電解液成為凝膠，不流動(dòng)，形成隔離層，或用棉、紙等加以分隔。鋅錳電池的開(kāi)始電壓隨使用的MnO2的種類(lèi)、電解液的組成和pH值等的不同而異，一般在1.55～1.75V，公稱(chēng)電壓為1.5V。在鋅錳電池的組成中，尤以二氧化錳的研究更為廣泛，二氧化錳的電化學(xué)行為是制造電池的基礎，所以在二氧化錳中加入物質(zhì)使二氧化錳的活性提高成為一時(shí)間熱議的話(huà)題。
隨后，鋅錳電池被堿性電池所代替。
堿性電池是普通鋅錳電池的換代產(chǎn)品, 正處于發(fā)展期。1998年, 國內堿性電池生產(chǎn)廠(chǎng)家已達50多家, 總產(chǎn)量達7億多只, 其中南孚電池有限公司生產(chǎn)的南孚牌堿性電池年產(chǎn)量3億多只, 占全國堿性電池產(chǎn)量的近50%多。但與國外堿性電池的發(fā)展相比, 我國目前堿性電池所占比例仍偏低。如美國堿性電池產(chǎn)量占電池總產(chǎn)量的90%,日本和歐洲占60% 。因此, 我國堿性電池生產(chǎn)企業(yè), 應與大專(zhuān)院校、研究機構聯(lián)合, 走產(chǎn)學(xué)研相結合的道路, 盡快提高堿性電池的質(zhì)量和產(chǎn)量, 爭取近兒年內堿性電池產(chǎn)量達到我國電池總產(chǎn)量的30%以上。
近年來(lái)，隨著(zhù)可持續發(fā)展的號召的提出，以節約成本、經(jīng)濟適用、減少污染為主題的節約環(huán)保意識進(jìn)入電池行業(yè)，我國二次電池的開(kāi)發(fā)和利用逐漸成為熱門(mén)話(huà)題。
二次電池又稱(chēng)可充式電池, 可反復充放電, 從而節約電池的制作成本。二次電池的發(fā)展經(jīng)歷了鉛酸蓄電池、鎳鍋電池、鎳氫電池、銼離子電池等兒個(gè)階段, 利用化學(xué)反應的可逆性，可以組建成一個(gè)新電池，即當一個(gè)化學(xué)反應轉化為電能之后，還可以用電能使化學(xué)體系修復，然后再利用化學(xué)反應轉化為電能，但是由于這些電池的原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險，離子電池不能大電流放電，安全性較差， 鋰離子電池均需保護線(xiàn)路，防止電池被過(guò)充過(guò)放電，生產(chǎn)要求條件高，成本高。
光化學(xué)電池，隨著(zhù)世界傳統能源危機的迫近和環(huán)境污染的日益嚴重, 人們期望利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源。
光化學(xué)電池是指利用光電化學(xué)反應, 將太陽(yáng)輻射能轉變?yōu)殡娔艿难b置。根據結構, 光化學(xué)電池可分為固體光電池和液體光電池。目前, 固體光電池分為單品硅電池和多晶硅電池。雖然轉換效率高（單品硅光電池的轉換效率理論值已達23.5%，但由于價(jià)格昂貴，難以被普通市民和工業(yè)界接受。
20世紀70~80年代研究的液體太陽(yáng)能電池因轉換效率低和壽命短（小于6個(gè)月）而無(wú)法商品化。1991年, Gratzel等人在實(shí)驗室用納米尺度Ti2O微粒制成多孔膜, 并在膜上吸附一薄層有機染料敏化劑作為光陽(yáng)極, 組裝成電池后其光電轉換效率達到7%.和使用壽命10個(gè)月以上電池性能無(wú)明顯降低，大大提高, 尤其是因為對電極材料的純度無(wú)特殊要求, 較固體太陽(yáng)能電池價(jià)格大大降低。隨后德國科學(xué)家和瑞典科學(xué)家分別于年證實(shí)了這項工作。目前該項技術(shù)已得到大大改進(jìn),并逐步向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。
能源問(wèn)題舉世矚目, 積極開(kāi)發(fā)能源和提高能源利用效率, 即開(kāi)源和節流是解決能源問(wèn)題的基本途徑。正是如此，隨后開(kāi)發(fā)出了高性能電池、塑料電池、鉛酸蓄電池。高性能電池的發(fā)展還比較緩慢，因為高性能電池要求有很高的能量密度大于174kw/kg，功率密度要大于1100w/kg。雖然鋰作為電極滿(mǎn)足理論需要，但是很難找到另一電極，所以該電池的發(fā)展存在這相當的困難難。塑料電池，通過(guò)高性能電池的原理，用鋰電極和有機材料作為電極，可以取得較好的效果。
塑料銼電池的另一個(gè)特點(diǎn)是可把兩個(gè)電極和電解質(zhì)都制成超薄的固體薄膜, 使之成為超薄多層全固體, 可充電塑料電池, 因而可以大大地減輕重量, 并且可以制成任何形式,以適應應用場(chǎng)所所能提供的空間, 同時(shí)在運行時(shí)無(wú)氫氣逸出, 又因無(wú)液體電解質(zhì), 若子彈穿孔而產(chǎn)生的功率損耗很小, 因此對發(fā)生意外經(jīng)受能力較強。
可見(jiàn)用有機材料做電極可以制成高效能鋰電池。另外，還有一項目前應用很廣泛的電池—鉛酸蓄電池。電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；放電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學(xué)電源中一直占有絕對優(yōu)勢。這是因為其價(jià)格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。 到20世紀初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性能。
燃料電池( Fuel Cell, FC) 是一種等溫并直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)境友好地轉化為電能的發(fā)電裝置, 也是一種新型的無(wú)污染、無(wú)噪音、大規模、大功率和高效率的汽車(chē)動(dòng)力和發(fā)電設備。在能源利用與環(huán)境保護之間的矛盾日趨嚴重的形勢下, 世界上普遍積極倡導可持續發(fā)展。燃料電池作為一種潔凈、安全、高效的化學(xué)電源,將越來(lái)越多的受到人們的青睞。同時(shí)國際間的共同合作也必將推動(dòng)燃料電池不斷向前發(fā)展。預計燃料電池系統在潔凈煤燃料電池電站、電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面, 將有著(zhù)廣泛的應用前景和巨大的潛在市場(chǎng)。
目前，生物技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷取得新的成果，這些新的成果和理論也被應用到了化學(xué)電池領(lǐng)域，出現了最新的微生物電池的研究。微生物電池在轉化過(guò)程中所放出的熱量遠低于燃料電池，這使得它非常適用于那些需要與人接觸的應用。裝備這種電池的便攜式設備將不會(huì )有發(fā)生火災或爆炸的危險。
化學(xué)電池發(fā)展的歷史就是人類(lèi)科研不斷進(jìn)步的歷史，作為化學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)家們正不斷超越，在科技的飛速發(fā)展的時(shí)代，創(chuàng )造出更多造福人類(lèi)的科技成果，讓我們拭目以待接下來(lái)會(huì )出現什么樣的化學(xué)電池，來(lái)改變我們的生活。
電池發(fā)展歷史
BAGHDAD電池，公元前248年至226年之間，居住在伊拉克首都巴格達地區的波斯人用銅管、鐵棒、瀝青和陶器組裝的古代化學(xué)電池。當時(shí)擔任伊拉克博物館館長(cháng)的德國考古學(xué)家瓦利哈拉姆·卡維尼格提出只要向陶瓶?jì)鹊谷胍恍┧峄驂A性水，便可以發(fā)出電來(lái)。
BAGHDAD電池
伏打電堆， 1800年3月20日意大利教授伏打發(fā)明了世界上第一個(gè)發(fā)電器，也就是電池組，伏打電堆開(kāi)創(chuàng )了電學(xué)發(fā)展的新時(shí)代。伏打電堆是由多層銀和鋅疊合而成，其間隔有浸漬水的物質(zhì)，亦稱(chēng)伏打電池。這是最早的化學(xué)電源，為電 學(xué)研究提供了穩定的容量較大的電源，成為電磁學(xué)發(fā)展的基礎。電壓?jiǎn)挝环丶词且云涿摹?/p>
伏打電堆
丹尼爾電池，即銅鋅電池。1836年丹尼爾發(fā)明了第一個(gè)實(shí)際應用的電池，即著(zhù)名的丹尼爾電池，丹尼爾電池將Zn（鋅）置于ZnSO4（硫酸鋅）溶液中，將Cu（銅）置于Cuso4（硫酸銅）溶液中，并用鹽橋或離子膜等方法將兩電解質(zhì)溶液連接的一種原電池。這個(gè)電池在鐵路上早期用于信號燈。
丹尼爾電池
氣體電極電池，1839年，英國物理學(xué)家William Robert Grove制造了第一個(gè)“氣體電極電池”。該裝置的原理是現代燃料電池技術(shù)的基礎。
氣體電極電池
本生電池，1842年，德國物理學(xué)家Robert Bunsen制作了本生電池，該電池用碳棒和鋅做陽(yáng)極和陰極。
本生電池
鉛酸電池，1859年，法國物理學(xué)家Gaston Planté開(kāi)發(fā)出了世界上第一只鉛酸電池。它是由兩片純鉛由亞麻織物分離，浸漬在含有硫酸溶液的玻璃容器中。次年，他又制做了擁有九個(gè)單元的鉛蓄電池。
Planté鉛酸電池
鋅錳電池，1866年，法國人勒克郎榭(George Leclanche)就發(fā)明了酸性鋅錳電池的原型，因而這種電池也叫Leclanche電池。它的外殼是作為負極的鋅筒，電池中心是作為正極導電材料的石墨棒，正極區為圍繞石墨棒的粉狀二氧化錳和炭粉，負極區為糊狀的ZnCl2和NH4Cl混合物。這個(gè)電池在電池的發(fā)展史上是一個(gè)重大的轉折，這種類(lèi)型的電池延續使用至今。
Leclanche鋅錳電池
干電池，1888年，蓋斯南將淀粉加入鋅錳電池的電解質(zhì)氯化銨中，制成漿糊狀。從此鋅錳電池就成為“干電池”，而且導致了20世紀初手電筒的發(fā)明，使“干電池”的應用深入到了廣大民眾的生活之中。
干電池
鎳鎘電池，1899年，Waldmar Jungner在開(kāi)口型鎳鎘電池中，首先使用了鎳極板。后來(lái)Jungner的鎳鎘電池經(jīng)過(guò)幾次重要改進(jìn)，性能明顯改善。1947年，美國發(fā)明家紐曼（Georg Neumann）發(fā)明了一種重復利用電池內部鎳鎘金屬的制造工藝，使得同樣鎳鎘用量，電池的壽命能夠增加很多，這才使得鎳鎘電池走向市場(chǎng)
缺點(diǎn)
正極析氫（稀硫酸水溶液，正極電子與氫離子結合生成氫氣泡），負極析銅（硫酸鋅硫酸銅溶液，負極電子與銅離子結合生成銅）
丹聶爾電池（素燒瓷）
素燒瓷（多孔物質(zhì)）：銅離子不能能通過(guò)，硫酸根離子能通過(guò)
鋅板的離子化傾向大，使電解液飽和，需時(shí)常更換電解液（離子化傾向：指金屬在水或水溶液中放出電子變成陽(yáng)離子的難易程度）
勒克朗謝電池
正極側二氧化錳（減極性劑），阻止了碳棒電子和氫離子結合
堿干電池
電池基本參量和要素
三個(gè)基本參量：容量（儲水量A.h），電壓（儲水高度），電能（kW.h 容量電壓乘積，即電池能做的功）
電池容量：C0=26.8*mn/M=m/q(n:參與反應化合價(jià)變化，q:電化學(xué)當量96500C)
電壓：電極電位表示某種離子或原子獲得電子被還原的趨勢
電能
四要素：正極材料、負極材料、電解質(zhì)、分隔膜
有關(guān)電池的發(fā)展史詳解
電池的發(fā)展史由1836年丹尼爾電池的誕生到1859年鉛酸電池的發(fā)明，至1883年發(fā)明了氧化銀電池，1888年實(shí)現了電池的商品化，1899年發(fā)明了鎳-鎘電池，1901年發(fā)明了鎳-鐵電池，進(jìn)入20世紀后，電池理論和技術(shù)處于一度停滯時(shí)期。但在第二次世界大戰之后，電池技術(shù)又進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。首先是為了適應重負荷用途的要，發(fā)展了堿性鋅錳電池，1951年實(shí)現了鎳-鎘電池的密封化。1958年Harris提出了采用有機電解液作為鋰一次電池的電解質(zhì)，20世紀70年代初期便實(shí)現了特種和民用。隨后基于環(huán)�？紤]，研究重點(diǎn)轉向蓄電池。鎳-鎘電池在20世紀初實(shí)現商品化以后，在20世紀80年代得到迅速發(fā)展。
隨著(zhù)人們環(huán)保意識的日益新增，鉛、鎘等有毒金屬的使用日益受到限制，因此要尋找新的可代替傳統鉛酸電池和鎳-鎘電池的可充電電池。鋰離子電池自然成為有力的候選者之一。
1990年前后發(fā)明了鋰離子電池。1991年鋰離子電池實(shí)現商品化。1995年發(fā)明了聚合物鋰離子電池，(采用凝膠聚合物電解質(zhì)為隔膜和電解質(zhì))1999年開(kāi)始商品化�，F代社會(huì )電池的使用范圍已經(jīng)由40年代的手電筒、收音機、汽車(chē)、和摩托車(chē)的啟動(dòng)電源發(fā)展到現在的40-50種用途。小到從電子表手表、CD唱機、移動(dòng)電話(huà)、MP3、MP4、照相機、攝影機、各種遙控器、剔須刀、槍鉆、兒童玩具等。大到從醫院、賓館、超市、電話(huà)交換機等場(chǎng)合的應急電源，電動(dòng)工具、拖船、拖車(chē)、鏟車(chē)、輪椅車(chē)、高爾夫球運動(dòng)車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電站用電池、導彈、潛艇和魚(yú)雷等特種電池。還有可以滿(mǎn)足各種特殊要求的專(zhuān)用電池等。電池已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì )必不可少的便捷能源。
我國電池發(fā)展的歷程：我國第一家電池廠(chǎng)于1911年誕生于上海。1921年第一家專(zhuān)業(yè)蓄電池廠(chǎng)-上海蓄電池廠(chǎng)也建于上海。1941年在延安中央軍委三局所屬電信材料廠(chǎng)開(kāi)始生產(chǎn)鋅錳干電池和修理鉛酸蓄電池。1957年組建機電部電材局化學(xué)電源研究室，1958年成為我國第一個(gè)專(zhuān)業(yè)研究所，既原一機部化學(xué)電源研究所(原電子工業(yè)部天津電源研究所)。1960年我國第一家堿性蓄電池廠(chǎng)風(fēng)云器材廠(chǎng)在河南新鄉正式驗收投產(chǎn)。20世紀90年代初，國家開(kāi)始了863重點(diǎn)攻關(guān)，使Ni-MH電池的生產(chǎn)化得到了迅速發(fā)展。以后國家又開(kāi)始了鋰離子電池863重點(diǎn)攻關(guān)，希望能借此推動(dòng)鋰離子電池及其材料的國產(chǎn)化。
我國發(fā)展鋰離子電池生產(chǎn)的必要性：關(guān)于我國目前的電池工業(yè)而言，存在的重要問(wèn)題是環(huán)境污染和資源浪費嚴重。關(guān)于環(huán)境污染而言，由于我國電池工業(yè)的自動(dòng)化、機械化程度不高，很多公司多為手工操作，導致生產(chǎn)過(guò)程中污染很大，對工人身體危害大。干電池行業(yè)曾被人戲稱(chēng)為污染公司，黑工業(yè)。這些污染物重要有MnO2粉、HgO、瀝青煙、煙霧、石蠟煙氣等。其中汞是最受關(guān)注的、有劇毒的重金屬，極微量的汞對人體有很大毒性。目前發(fā)達國家已宣布自1994年起禁止有汞電池的生產(chǎn)和進(jìn)口。目前我國多數廠(chǎng)家仍然生產(chǎn)有汞電池。鉛酸電池行業(yè)的重要污染物有Pb、Pbo粉塵、酸霧及廢酸等。鉛也是毒性較大的重金屬，慢性鉛中毒重要表現在神經(jīng)系統受損、腎功能障礙和貧血等。Cd-Ni電池所用原料多為粉狀，也存在粉塵污染問(wèn)題;而且Cd的毒性較大，可以積累在腎臟和骨骼中，引起腎功能失調。另外，骨骼中鈣被鎘取代，使骨骼軟化，疼痛難忍。此外，堿霧、廢酸也是重要的污染物。鋅錳干電池經(jīng)常會(huì )出現銅綠、冒漿現象，總有一些MH-Ni電池在使用中會(huì )出現噴堿或爆裂現象。鉛酸蓄電池仍有較大比例為老式開(kāi)口電池，使用中仍有冒氣冒酸現象。
【化學(xué)電池的歷史和發(fā)展】相關(guān)文章：
扎染的簡(jiǎn)介和發(fā)展歷史03-04
橋的發(fā)展歷史10-08
關(guān)于長(cháng)笛的發(fā)展歷史05-30
關(guān)于米線(xiàn)的發(fā)展歷史09-16
材料的發(fā)展歷史進(jìn)程04-25
太極拳的發(fā)展歷史04-30
舞蹈的來(lái)源和發(fā)展03-27