第2章　化学电源概论

2.1　化学电源的发展

现代文明和电的关系密不可分。为了获得电能，人们将化石燃料、水力、风能、太阳能、化学物质及核燃料等各种形式的能源释放的能量转换成电能。将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置称为化学电源（简称为电池），例如常见的锌锰电池、铅酸电池、锂离子电池等都属于化学电源，研究化学电源工作原理和制造技术的一门课程称为化学电源工艺学。

化学电源的发展史可以追溯到2000年前的“巴格达电池”。1936年9月，德国考古学家瓦利哈拉姆·卡维尼格（Wilhelm König）在巴格达附近发掘出一些两千多年前随葬的陶制粗口瓶。这些粗口瓶瓶颈覆盖一层沥青，有根小铁棒插在铜制圆筒里；圆柱体铜管高约10cm，底部固定一个以沥青绝缘的铜盘，顶部有一个涂沥青的瓶塞。据专家考证，这些是古代电池，只要向陶瓶内倒入一些酸或碱水，便可以发出电来。在这种电池中，铁棒为负极，铜管为正极。在巴格达近郊还发现一些古代电镀物品，因而推测这些电池是用来在雕像或装饰品上电镀金的。但是巴格达电池仍未被世界承认，仍然属于科学之谜。

化学电源再度出现在科技史上却是在很多年以后。1791年，意大利生物学家伽尔瓦尼（Galvani）在解剖青蛙时首先发现了青蛙腿肌肉的收缩现象，他称之为生物电。1800年，意大利科学家伏打（Volta）根据伽尔瓦尼的实验，提出蛙腿的抽动是由于两种金属接触时产生的电流造成的，并根据这个假设，用锌片和银片交替叠放，中间隔以吸有盐水的皮革或呢子，制成世界上第一个真正的化学电源，又称为伏打电堆。1836年，英国人丹尼尔（Daniel）对伏打电堆进行了改进，设计出了具有实用性的丹尼尔电池。

1859年普兰特（Planté）发明铅酸蓄电池，1868年勒克朗谢（Leclanché）发明了锌二氧化锰电池，1899年雍格纳（Jungner）发明镉镍蓄电池，1901年爱迪生（Edison）发明铁镍蓄电池，这4种电池的发明对电池发展具有深远意义，它们已有一百多年的历史，由于不断地改进和创新，至今在化学电源的生产与应用中仍然占有很大的份额。

1941年法国科学家亨利·安德烈（Henri André）将锌银电池技术实用化，开创了高比能量电池的先例。1969年飞利浦实验室发现了储氢性能很好的新型合金，1985年该公司研制成功金属氢化物镍蓄电池，1990年日本和欧洲实现了这种电池的产业化。1970年出现金属锂电池。20世纪80年代开始研究锂离子蓄电池，1991年索尼公司率先研制成功锂离子电池，目前已经广泛应用于各个领域。

燃料电池的开发历史悠久。1839年，格罗夫（Grove）通过将水的电解过程逆转发现了燃料电池的工作原理；20世纪60年代，基于培根型燃料电池的专利研制了第一个实用性的1.5kW碱性燃料电池，可以为美国航天局的阿波罗登月飞船提供电力和饮用水；20世纪90年代开始，新型的质子交换膜燃料电池技术取得了一系列突破性进展。

化学电源与其他电源相比，具有能量转换效率高、使用方便、安全、容易小型化与环境友好等优点，各类化学电源在日常生活和生产中发挥着不可替代的作用。化学电源的发展是和社会的进步、科学技术的发展分不开的，同时化学电源的发展反过来又推动了科学技术和生产的发展。由于电子设备、电动汽车等方面强劲需求，将来化学电源仍会快速发展。