帮助你了解电源（二）电池的工作过程

    泡泡网机箱电源频道2009年10月11日 在上一篇《帮助你了解电源（一）电池旧故与新颜》里我们看到了形形色色的电池，这一篇里介绍一些电池的工作过程。

    电池是能持续产生电子的化学装置。每个都电池有正负极，在AA、AAA型、C型或者D型电池中，正负极在电池的两端。

C型和D型电池

    负极部分产生电子，正负极之间如果连接一根金属线，电子就顺着它迅速流到正极，有多快呢？主要看电压有多高，不过大约几百公里每秒的样子，如果直接这样接起来是比较危险的，一般都需要把某种类型的负载接在电池正负极两端，比如灯、电动机、无线电等等。 

最简单的电池应用

    电池两端电子生成的数量取决于电池里化学反应的速度，您可以在电子市场中买个几十块钱的万用表，这样可以看到自制电池生效的过程。

廉价万用表

    以下将介绍如何制作伏特电堆：

    1、准备若干1毛钱、5毛钱硬币，纸板、盐、水
    2、兑一杯盐水，尽量饱和
    3、将纸板浸入盐水中
    4、5毛钱硬币在上，1毛钱硬币在下，中间夹一层蘸了盐水的纸板（三明治一样）
    5、把若干个三明治堆起来。

伏特电堆示意图

    这时你用万用表量顶部与底部的电压，会出现读数，200年前伏特就做过这样的实验了。您也可以增加堆叠层数看看电压如何变化，也可以改用其他币种看看电压有什么变化。

    此外还可以做一个实验，需要准备以下材料：一个容器（糖罐）、一些稀酸（醋、柠檬汁）、几个钉子（曲别针、大头针）、一些铜线。然后这样做：

    1、选择不同材质的钉子，一根铜丝拴一个钉子
    2、把算倒入容器内
    3、把两个系着铜丝的钉子扔进容器里，不让他们互相接触
    4、用万用表看电压电流变化

简单的电池

    您可以换用曲别针，或者其他金属看看电压与电流的变化，也可以换用盐水看看变化。

    大部分传统电池让电子保持一个方向的运动从而产生电流的，蓄电池则可以在外加电压的作用下发生逆向反映。比如铅酸蓄电池在适当的电压下向电池充电，两个极板上将再次生成铅和二氧化铅。而中学学过的很多生成氢气的电解反应过程中，氢气就很难回到电解液中。现代电池使用各种化学物质为反应提供能量。典型的化学电池包括：

• 锌碳电池——（也称为标准碳电池）所有廉价的AA型、C型和D型干电池均使用锌碳化学物质。电极为锌和碳，两极之间采用酸性糊状液体作为电解液。

• 碱性电池——用于常见的Duracell（金霸王）和Energizer（劲量）电池，电极为锌和二氧化锰，并使用碱性电解液。

• 照相机锂电池——照相机中的电池使用锂、碘化锂和碘化铅，因为它们能够提供电涌保护。

• 铅酸电池——用于汽车，电极为铅和二氧化铅，并使用强酸电解液（可充电）。

• 镍镉电池——电极为氢氧化镍和镉，并使用氢氧化钾作为电解液（可充电）。

• 镍金属氢化物电池——此类电池将很快取代镍镉电池，因为前者不存在记忆效应，而后者却存在（可充电）。

• 锂离子电池——由于具备较好的功率重量比，因此此类电池通常用于高端笔记本电脑和手机（可充电）。

• 锌空气电池——此类电池重量轻，并可以充电。

• 锌汞电池——此类电池通常用于助听器。

• 锌银电池——由于具备良好的功率重量比，因此此类电池用于航空航天设备。

• 金属氯化物电池——此类电池用于电动车。

    在使用电池的设备中因为需要的电压和电流不同，我们不可能只使用单个电池，通常需要将电池单元串联在一起形成更高的电压，或将其并联在一起形成更高的电流。下图显示了这两种结构：

电池的并联和串联

    上面四个电池是并联，如果每个电池单元生成1.5伏电压，四个并联后电压也是1.5V，但提供的电流却为单个电池单元的四倍。下面的四个电池是串联，这样连接后将产生6V电压，能提供的电流和单个电池一样。

    当你买电池时，包装上会显示电池的额定电压和额定电流。比如老式数码相机使用四节镍镉电池，每个电池单元的额定电压为1.25伏，额定电流为500毫安时，额定毫安时表示电池里的电量，也就是可以提供电子的总数。您可以将额定的毫安时划分为多种不同的形式，一个500毫安时的电池可以在100小时内生成5mA电流，在50小时内生成10mA电流、在20小时内生成25mA电流，或（在理论上）在1小时内生成500毫安电流，甚至在30分钟内生成1A电流。

    但电池并不具备如此高的线性。首先，所有电池都有一个额定的最大电流—一个500毫安时的电池无法在1秒内生成30,000毫安电流，原因是该电池的化学反应无法在如此短的时间内发生，并且在更高的电流强度下，电池会生成大量热量，从而损失了某些能量。此外，在极低的电流强度下，许多化学电池的寿命可能会比预期的寿命长或短。但在通常的使用范围内，可以对额定毫安时进行一定程度的线性划分。使用额定的毫安时，可以粗略估计电池在给定负载下的持续供电时间。

    如果将四个1.25伏、500毫安时的电池串联在一起，则最终的电压为5伏(1.25x4)，电流为500毫安时；如果将这四个电池并联在一起，则最终的电压将为1.25伏，电流为2,000（500x4）毫安时。

    您是否见过9V电池的内部结构？

9V电池内部结构

    9V电池实际是有6个首尾相接的1.5V小电池组成的。

    编辑总结：

    电容是电子设备中的重要元件，在电源中也是如此，电池和电容都有储能的功能，而相比较来说，电池储能的密度远远大于电容（几万倍？），之后我们会简单介绍一些电容的工作过程。<