莱顿瓶|二百多年前，人们居然用玻璃瓶储存电……
审核专家：陈征
北京交通大学教师
在我们的生活中 ， 有一个东西十分重要 ， 它就是电池 。 无论是手机、电脑还是遥控器、汽车 ， 都有电池这个共同的物件 ， 试想如果没有电池 ， 我们就无法像现在这样把手机电脑随时带在身边 ， 更不能随时随地使用它们啦！所以说 ， 电池的发明给予我们的生活很大的便利！
不过 ， 在没有电池的时候 ， 人们是怎样储存电能的呢？而电池又是怎样被发明出来的吗？接下来就让我们一起去看一看吧！
1
把电装在瓶子里
在没有发明电池之前 ， 人们是通过瓶子来装电的 。
什么？瓶子也能装电？对 ， 你没有听错！并且这个神奇的瓶子有个专门的称呼——莱顿瓶（因为是在莱顿城发明的） 。 1746年 ， 荷兰莱顿大学的教授马森布罗克（Musschenbroek）在做电学实验时 ， 无意中把一个带了静电的钉子掉进玻璃瓶 。 过了很久 ， 这位科学家终于想起了这颗钉子 ， 于是打算把它取出来 。 可当他碰到瓶中的钉子的时候 ， 突然感受到了电击 。
本文图片
马森布罗克在利用莱顿瓶做实验丨图片来源维基
百思不得其解的马森布罗克把带电的钉子一次又一次地丢入瓶中 ， 一次又一次地“享受”触电的感觉 ， 在经历了N次触电后 ， 他最终得出结论：把带电的物体放在玻璃瓶子里 ， 电就不会跑掉 ， 这样就可以把电储存起来了！基于这个结论 ， 他发明了莱顿瓶 。
本文图片
马森布罗克和莱顿瓶
莱顿瓶的发明很快在欧洲引起了强烈的反响 ， 物理学家们利用它做了大量的实验和示范表演 ， 有时甚至把它当成一种娱乐游戏 。 人们用莱顿瓶作火花放电杀老鼠 ， 也有人用它来点燃酒精和火药 。
其中规模最壮观的一次是法国人诺莱特在巴黎一座大教堂前的表演 ， 诺莱特邀请了法国国王路易十五的皇室成员临场观看莱顿瓶表演 ， 他找来了七百个修道士 ， 让他们手拉手排成一行 ， 壮观的队伍全长达275米 。 然后诺莱特让排头的修道士用手拿住莱顿瓶 ， 让排尾的修道士用手握住莱顿瓶的引线 ， 接着让莱顿瓶起电 ， 起电的一瞬间七百个修道士因受电击几乎同时跳了起来 ， 在场的人无不为之目瞪口呆 。
还记得那个用风筝引电的富兰克林吗？他在用风筝引电之前 ， 还做了一个伟大的实验 ， 就是使用了莱顿瓶发现了正电和负电及电荷守恒定律 。
2
最早的电池
最早的电池是意大利物理学家亚历山德罗·伏打发明的伏打电池（电压的单位伏特就是以他的名字命名的 ， 伏打和伏特只是音译问题） 。
伏打最开始用几只碗盛了盐水 ， 把几对黄铜和锌做成的电极连接起来 ， 就产生了电流 。 之后他用更多的铜片和锌片接触 ， 并且用相同数目的水层或比纯水更好的导电液体层（食盐、碱水）或皮革等海绵状的物体间隔开 ， 这样一来 ， 每一节原电池有一块铜片和一块锌片用作电极 ， 它们之间是一片浸过盐水的布 ， 作为电解质 。 每个原电池有一个小的电动势 ， 而后伏打发现 ， 把这些原电池叠起就会有一个大的电动势 。 并且原电池的一端带正电 ， 另一端带负电 ， 由此构成一个电流回路 。
这是第一个真正意义上的电池 ， 人们把它称为伏打的电池堆 ， 或伏打电堆 。
本文图片
伏打电堆示意图
由于伏打电池携带不够方便 ， 因此后来有人对伏打电池做了改进 ， 以碳条为阴极 ， 锌罐为阳极 ， 将氯化铁、氯化锌和二氧化锰的混合物填入锌罐作为电解质 ， 这就制成了我们目前日常生活中的干电池 。
本文图片
干电池
像我们平时遥控器、钟表里用的五号电池、七号电池等都是干电池 ， 这种电池是一次性的 ， 用完即扔 ， 不能重复使用 。
3
生活中常见的电池
现在生活中 ， 比较常用的就是铅蓄电池和锂离子电池了 。
1860年 ， 法国的普朗泰发明出了用铅做电极的电池 。 这种电池的独特之处是：当电池使用一段时间后 ， 电压下降时 ， 可以给它通以反向电流 ， 使电池的电压回升 。 因为这种电池能充电 ， 可以反复使用 ， 所以被称为为“蓄电池” 。 铅蓄电池的价格低廉 ， 安全系数较高 ， 循环使用次数在300-500次左右 ， 但是体积较大 ， 因此常被用做汽车和电动车的电瓶 。
本文图片
铅蓄电池丨图片来源维基分页标题
1970年 ， 埃克森公司的斯坦利·威廷汉采用硫化钛作为正极材料 ， 金属锂作为负极材料 ， 制成了首个锂离子电池 。
锂离子电池相对于铅蓄电池来讲价格较高 ， 但是锂离子电池体积小、重量轻 ， 寿命长 ， 循环使用次数一般在2000-3000次左右 ， 并且对环境污染相对较小 。 现在我们使用的手机、电脑等数码产品所用的电池 ， 基本都是锂离子电池 。 锂离子电池的发现对数码行业也有着重要的影响 ， 试想如果没有锂离子电池 ， 我们就要拿着一个又重又大的手机 ， 那岂不是很不方便！
4
未来的新型电池
相较于锂离子电池 ， 钠离子电池的材料来源更加的广泛 ， 地球上整体钠盐的储藏量比锂盐要高出很多 ， 因此在整体的价格上非常具有优势 。 无论是在生产成本还是安全性上 ， 钠离子电池都远优于锂离子电池 。 但是由于钠离子电池的容量远低于锂离子电池 ， 并且寿命也短于锂离子电池 ， 因此尚不能作为替代品 。
不过随着技术的发展 ， 钠离子电池的性能将越来越完善 ， 产业化程度也将越来越高 ， 说不定在未来的某一天真的可以代替锂离子电池成为下一任常用电池 。
本文图片
钠离子电池
说到新型电池 ， 那就不得不提起以清洁能源——氢燃料为代表的燃料电池 ， 随着新能源汽车的快速发展 ， 氢燃料电池作为动力电池的一种 ， 逐渐走进了人们的视野 ， 相较于锂电池而言 ， 氢燃料电池拥有着零排放无污染的天然优势 ， 再加上氢燃料电池发电效率高、噪音低、产生能量高等众多的优势 ， 它也很有可能取代锂离子电池哦！
但是 ， 就实际情况而言 ， 我国的氢燃料电池汽车目前还仅仅处于起步阶段 ， 受制于整体的制氢成本、核心零部件未能实现国产化 ， 以及加氢站等基础设施建设不完善等情况 ， 氢燃料电池汽车现在还无法大规模展开生产 。
本文图片
直接甲醇燃料电池丨图片来源维基
与锂电池相比 ， 石墨烯电池更安全 。 由于有着极佳的散热性能 ， 因此石墨烯电池不容易产生过热、烫伤、着火、爆炸等问题 。 同时 ， 石墨烯电池在相同体积下的容量是传统电池的两倍 ， 在充放电速度方面 ， 石墨烯电池也远快于传统电池 。 若石墨烯电池能够实现批量生产 ， 将为电池产业乃至电动车产业带来新的变革 。
本文图片
石墨烯电池
除了上述这些电池 ， 还有很多新型电池正在研究中 ， 比如空气电池、水电池、核聚变电池等等 ， 这些电池一旦产出 ， 将给我们的生活带来巨大的便利 ， 说不定未来把手机放在太阳下就可以充电了呢！
说到这里 ， 你觉得未来还会出现哪种新型电池呢？快来头脑风暴一下吧！
来源：数字北京科学中心
【莱顿瓶|二百多年前，人们居然用玻璃瓶储存电……】编辑：Dannis