化學電池的歷史和發展

眾所周知，我國是電池最大的生產國和出口國，國內電池生產總量50%以上用於出口，年創匯在上億美元。同時, 隨着科技的發展和人民生活水平的提高,家庭或個人用便攜式電子產品、電器的不斷問世並迅速普及, 電動汽車、空問技術、國防工業等領域的快速發展,與之相配套的電池作為一種攜帶方便的化學能源, 越發顯示出良好的應用前景和潛在的經濟效益,成為近年來廣泛關注的熱點。

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。俗稱乾電池。在學術界中又稱為勒克朗謝電池。 鋅錳電池是用麪粉、澱粉等使電解液成為凝膠，不流動，形成隔離層，或用棉、紙等加以分隔。鋅錳電池的開始電壓隨使用的MnO2的種類、電解液的組成和pH值等的不同而異，一般在1.55～1.75V，公稱電壓為1.5V。在鋅錳電池的組成中，尤以二氧化錳的研究更為廣泛，二氧化錳的電化學行為是製造電池的基礎，所以在二氧化錳中加入物質使二氧化錳的活性提高成為一時間熱議的話題。

隨後，鋅錳電池被鹼性電池所代替。

鹼性電池= 是普通鋅錳電池的換代產品, 正處於發展期。1998年, 國內鹼性電池生產廠家已達50多家, 總產量達7億多隻, 其中南孚電池有限公司生產的南孚牌鹼性電池年產量3億多隻, 佔全國鹼性電池產量的近50%多。但與國外鹼性電池的發展相比, 我國目前鹼性電池所佔比例仍偏低。如美國鹼性電池產量佔電池總產量的90%,日本和歐洲佔60% 。因此, 我國鹼性電池生產企業, 應與大專院校、研究機構聯合, 走產學研相結合的道路, 儘快提高鹼性電池的質量和產量, 爭取近兒年內鹼性電池產量達到我國電池總產量的30%以上。

近年來，隨着可持續發展的號召的提出，以節約成本、經濟適用、減少污染為主題的節約環保意識進入電池行業，我國二次電池的開發和利用逐漸成為熱門話題。

二次電池又稱可充式電池, 可反覆充放電, 從而節約電池的製作成本。二次電池的發展經歷了鉛酸蓄電池、鎳鍋電池、鎳氫電池、銼離子電池等兒個階段, 利用化學反應的可逆性，可以組建成一個新電池，即當一個化學反應轉化為電能之後，還可以用電能使化學體系修復，然後再利用化學反應轉化為電能，但是由於這些電池的原電池均存在安全性差，有發生爆炸的危險，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路，防止電池被過充過放電，生產要求條件高，成本高。

光化學電池，隨着世界傳統能源危機的迫近和環境污染的日益嚴重, 人們期望利用太陽能、風能等清潔能源。

光化學電池是指利用光電化學反應, 將太陽輻射能轉變為電能的裝置。根據結構, 光化學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%，但由於價格昂貴，難以被普通市民和工業界接受。20世紀70~80年代研究的液體太陽能電池因轉換效率低和壽命短（小於6個月）而無法商品化。1991年, Gratzel等人在實驗室用納米尺度Ti2O微粒製成多孔膜, 並在膜上吸附一薄層有

機染料敏化劑作為光陽極, 組裝成電池後其光電轉換效率達到7%.和使用壽命10

個月以上電池性能無明顯降低，大大提高, 尤其是因為對電極材料的純度無特殊要求, 較固體太陽能電池價格大大降低。隨後德國科學家和瑞典科學家分別於年證實了這項工作。目前該項技術已得到大大改進,並逐步向產業化邁進。

能源問題舉世矚目, 積極開發能源和提高能源利用效率, 即開源和節流是解決能源問題的基本途徑。正是如此，隨後開發出了高性能電池、塑料電池、鉛酸蓄電池。高性能電池的發展還比較緩慢，因為高性能電池要求有很高的能量密度大於174kw/kg，功率密度要大於1100w/kg。雖然鋰作為電極滿足理論需要，但是很難找到另一電極，所以該電池的發展存在這相當的困難難。塑料電池，通過高性能電池的原理，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特點是可把兩個電極和電解質都製成超薄的固體薄膜, 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, 並且可以製成任何形式,以適應應用場所所能提供的空間, 同時在運行時無氫氣逸出, 又因無液體電解質, 若子彈穿孔而產生的功率損耗很小, 因此對發生意外經受能力較強。可見用有機材料做電極可以製成高效能鋰電池。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製成，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；放電狀態下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸蓄電池自發明後，在化學電源中一直佔有絕對優勢。這是因為其價格低廉、原材料易於獲得，使用上有充分的可靠性，適用於大電流放電及廣泛的環境温度範圍等優點。 到20世紀初，鉛酸蓄電池歷經了許多重大的改進，提高了能量密度、循環壽命、高倍率放電等性能。

燃料電池( Fuel Cell

, FC) 是一種等温並直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化為電能的發電裝置, 也是一種新型的'無污染、無噪音、大規模、大功率和高效率的汽車動力和發電設備。在能源利用與環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展。燃料電池作為一種潔淨、安全、高效的化學電源,將越來越多的受到人們的青睞。同時國際間的共同合作也必將推動燃料電池不斷向前發展。預計燃料電池系統在潔淨煤燃料電池電站、電動汽車、移動電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面, 將有着廣泛的應用前景和巨大的潛在市場。

目前，生物技術的飛速發展，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電池領域，出現了最新的微生物電池的研究。微生物電池在轉化過程中所放出的熱量遠低於燃料電池，這使得它非常適用於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有發生火災或爆炸的危險。

化學電池發展的歷史就是人類科研不斷進步的歷史，作為化學領域，科學家們正不斷超越，在科技的飛速發展的時代，創造出更多造福人類的科技成果，讓我們拭目以待接下來會出現什麼樣的化學電池，來改變我們的生活。

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