电池制造和生产的历史和生物学原理？
1780年的某一天，意大利解剖学家加瓦尼在解剖一只青蛙时，不小心用手中不同的金属器械触碰到了青蛙的大腿，青蛙腿部的肌肉立刻抽动起来，仿佛受到了电流的刺激，但只用一个金属器械触碰青蛙，却没有出现这样的反转。加尔瓦尼认为，这种现象是由于动物体内产生的一种电，他称之为“生物电”。1791年，加瓦尼写了一篇关于实验结果的论文，发表在学术界。
伽伐尼的发现引起了物理学家的极大兴趣，他们竞相重复连枷瓦尼的实验，试图找到产生电流的方法。意大利物理学家伏特经过多次实验后认为伽伐尼的生物电理论是不正确的，青蛙肌肉之所以能产生电流，很可能是肌肉中的某种液体在工作。为了证明他的观点，伏特将两种不同的金属片浸入不同的溶液中进行实验。发现两种金属片只要有一种与溶液反应，金属片之间就能产生电流。
1799年，伏特将一块锌板和一块银板浸入盐水中，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是，他在锌和银之间放了许多块浸过盐水的绒布或纸，然后把它们叠平。当你用手触摸两端时，你会感觉到强烈的电流刺激。伏特就用这种方法成功制造了世界上第一块电池——“伏特堆”。这个“伏特堆”实际上是一个串联电池组。它成为早期电学实验和电报的电源。
意大利物理学家伏打多次重复了加尔瓦尼的实验。作为物理学家，他的注意力主要集中在那两种金属上，而不是青蛙的神经上。对于加瓦尼发现的青蛙腿抽搐现象，他认为可能与电有关，但他认为青蛙的肌肉和神经没有电。他推测电流可能是由两种不同的金属接触引起的，不管这些金属是与活着的还是死去的动物接触。实验证明，只要将硬纸、麻布、皮革或其他浸泡在盐水或碱水中的海绵状的东西隔在两个金属片之间(他认为这是实验成功的必要条件)，用金属丝将两个金属片连接起来，无论有无蛙肌，都会有电流通过。这说明电不是从青蛙的组织中产生的，青蛙的腿只相当于一个非常灵敏的验电器。
1836年，英国的丹尼尔改进了“沃尔特反应堆”。他用稀硫酸作为电解液，解决了电池极化问题，制成了第一个非极化锌铜电池，也被称为“丹尼尔电池”。此后，去极化效果更好的“本生电池”和“格罗夫电池”相继问世。但这些电池都存在电压随着使用时间的延长而降低的问题。
1860年，法国的普朗泰发明了以铅为电极的电池。这种电池的独特之处在于，当电池使用一段时间使电压下降时，可以用反向电流通电使电池电压上升。因为这种电池可以反复充电使用，所以被称为“蓄电池”。
但是无论什么样的电池都需要在两块金属板之间填充液体，携带起来非常不方便，尤其是电池使用的液体是硫酸，在移动的时候非常危险。
1887年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。干电池的电解液是糊状的，不会渗漏，携带方便，所以得到了广泛的应用。
将化学能、光能、热能、核能直接转化为电能的装置。有化学电池、太阳能电池、热电电池、核电池。电池通常指的是化学电池。
电池的性能参数主要包括电动势、容量、比能量和电阻。电动势等于单位正电荷通过电池内部从负极移动到正极时，电池的非静电力(化学力)所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池大小无关。电池能够输出的电荷总量就是电池的容量，通常以安培小时为单位。在电池反应中，1 kg反应物产生的电能称为电池的理论比能量。电池的实际比能量小于理论比能量。由于电池中的反应物并不都是按照电池反应进行的，而且电池的内阻也会引起电动势下降，所以比能量高的电池常被称为高能电池。电池的面积越大，其内阻越小。
电池的种类很多，常用的主要是干电池、蓄电池和小型微型电池。此外，还有金属空气电池、燃料电池以及太阳能电池、热电电池、核电池等其他能量转换电池。
干电池是应用最广泛的化学电池之一。1865年，法国的Leclanche在伏打电池的基础上开发了碳/二氧化锰/氯化铵溶液/锌湿电池。经过发展，干电池的种类已经超过100种。除了锌锰干电池，还有镁锰干电池、锌汞氧化物干电池、锌银氧化物干电池。由于干电池的氧化还原反应的可逆性较差，使用后一般无法通过充电使正负极活性物质恢复原状，所以干电池又称为原电池。最常用的干电池是锌锰干电池，包括膏式、纸板式、碱性和叠层式。
膏式锌锰干电池由锌管、膏层、二氧化锰阳极、碳棒、铜帽等组成。最外层是锌管，锌管既是电池的负极，又是电池的容器，在放电过程中会逐渐溶解；中间是一根碳棒，具有收集电流的功能；紧紧包围这个碳棒的是深棕色或黑色二氧化锰粉末和导电材料(石墨或乙炔黑)的混合物，它与碳棒一起构成电池的正极体，也称为碳包。为了避免水分蒸发，干电池的上部用石蜡或沥青密封。锌锰干电池的电极反应是锌电极:Zn→ Zn2++2e。
碳极:
纸板锌锰干电池是在膏状锌锰干电池的基础上改进而成的。以70 ~ 100微米厚的优质牛皮纸为基材，不含金属杂质。在牛皮纸表面涂上配制好的糊状物，然后干燥制成纸板，代替糊状锌锰干电池中的糊状电解质层。纸板锌锰干电池的实际放电容量比普通膏状锌锰干电池高2 ~ 3倍。大部分标有“高性能”字样的干电池都是纸板。
碱性锌锰干电池的电解液由汞齐锌粉、35%氢氧化钾溶液和部分羧甲基纤维素钠糊化而成。由于氢氧化钾溶液冰点低，内阻小，碱性锌锰干电池可以在-20℃工作，大电流放电。碱性锌锰干电池可充放电40次以上，但充电前不能深度放电(预留60% ~ 70%容量)，应严格控制充电电流和充电末期电压。
叠层锌锰干电池是由几个紧凑的扁平单体电池叠放在一起组成的。每个单体电池由塑料外壳、锌皮、导电膜、隔膜纸和碳饼(正极)组成。隔膜纸是一种表面有淀粉层的纸浆纸，吸收电解液，附着在锌皮上。隔离纸上覆盖着炭饼。隔膜纸和膏式干电池的膏层一样，起到隔离涂锌负极和碳饼正极的作用。叠层式锌锰干电池免去了圆柱形糊状干电池串联组合的麻烦。它结构紧凑，体积小，体积比容量大，但贮存寿命短，内阻大，所以放电电流不宜过大。
电池是一种化学电池，通过充电将电能转化为化学能并储存起来，再将化学能转化为电能并在使用时释放出来。其转变过程是可逆的。当电池完全或部分放电后，两个电极板的表面会形成新的化合物。此时，如果有适当的反向电流流入电池，放电过程中形成的化合物可以还原为原来的活性物质，供下次放电时再利用。这个过程称为充电，即电能以化学能的形式储存在电池中。将电池连接到负载以向外部电路提供电流的过程称为放电。蓄电池的充放电过程可以重复多次，所以蓄电池又叫二次电池。根据所用电解液的不同，电池可分为酸性和碱性两大类。按正负极板分，活性物质材料有几种，如铅电池、镉镍、铁镍、银锌、镉银电池等。铅电池是酸性电池，后四种是碱性电池。
铅蓄电池由正极板组、负极板组、电解液和容器组成。充电后，正极板为棕色二氧化铅(PbO2)，负极板为灰色绒铅(Pb)。将两块极板放入浓度为27% ~ 37%的硫酸(H2SO4)溶液中，极板上的铅与硫酸发生化学反应，二价铅正离子(Pb2+)转移到电解液中，在负极板上留下两个电子(2e-)。由于正负电荷的吸引，铅正离子聚集在负极板周围，而少量二氧化铅(PbO2 _ 2)在电解液中水分子的作用下渗透到正极板上，其中二价氧离子与水结合，使二氧化铅分子变成可离解的不稳定物质——氢氧化铅(Pb (OH _ 4))。氢氧化铅由四价铅阳离子(Pb4+)和四个羟基[4 (OH)-]组成。四价铅正离子(Pb4+)留在正极板上，使正极板带正电。因为负极板带负电，所以两块板之间有一定的电位差，这就是电池的电动势。当连接外部电路时，电流从正极流向负极。在放电过程中，负极板上的电子通过外电路不断流向正极板。此时，硫酸分子在电解液中电离成氢离子(H+)和硫酸根负离子(SO42-)。在离子电场力的作用下，两种离子分别向正负电极移动，硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合形成硫酸铅(PbSO2)。在正极板上，由于外电路电子的流入，与四价铅正离子(Pb4+)反应生成二价铅正离子(Pb2+)，并在正极板附近立即与硫酸根负离子结合生成硫酸铅，附着在正极上。铅酸蓄电池正极和负极板在放电过程中的化学反应如下
随着电池的放电，正负极板都被硫化，同时电解液中的硫酸逐渐减少，而含水量增加，导致电解液比重降低。在实际使用中，可以通过测量电解液的比重来确定电池的放电程度。在正常使用情况下，铅蓄电池不宜过度放电，否则混入活性物质的微小硫酸铅晶体会形成较大的体，不仅增加极板电阻，而且充电时也难以降低，直接影响蓄电池的容量和寿命。铅酸电池的充电是放电的逆过程。充电过程中的总化学反应是
铅酸蓄电池因其工作电压稳定、温度和电流变化范围大、储存性能好(特别适合干荷电储存)、成本低而被广泛应用。使用新型铅合金可以提高铅蓄电池的性能。如果用铅钙合金做板栅，可以保证铅酸蓄电池的最小浮充电流，减少加水量，延长使用寿命。用铅锂合金铸造正极板栅，可以减少自放电，满足密封的需要。此外，开放式铅酸蓄电池应逐步改为密封式，并开发耐酸、防爆、消氢型铅酸蓄电池。
与同容量的铅蓄电池相比，碱性蓄电池具有体积小、寿命长、大电流放电等优点，但成本较高。碱性电池根据极板的活性物质分为铁镍电池、镉镍电池和锌银电池。以镉镍电池为例，碱性电池的工作原理是:电池极板活性物质充电后，正极片为氢氧化镍[Ni (OH) 3]，负极片为金属镉(Cd)；；放电结束，正极片变成氢氧化镍[Ni (OH2)]，负极片变成氢氧化镉[CD (OH) 2]，电解液多为氢氧化钾(KOH)。在充放电过程中，总
根据充放电过程中的化学反应，电解液只是作为电流的载体，其浓度不变，所以只能根据电压的变化来判断。
充放电程度。镉镍密封电池在充电过程中，正极放出氧气，负极放出氢气。由于镉镍密封蓄电池负极材料在制造过程中过量，避免了氢气；正极上产生的氧气由于电化学作用被负极吸收，从而防止气体在电池内部积聚，从而保证了电池在密封条件下的正常工作。镉镍电池已有几十年的历史。起初用作牵引、起动、照明和信号电源，现在用作内燃机车和飞机的起动和点火电源。20世纪60年代制造的密封电池被用作卫星、便携式电动工具和应急设备的电源。镉镍电池的改进方向之一是采用双极结构，内阻小，适合脉冲大电流放电，能满足大功率设备的供电需求。此外，电极被压制、烧结和贴箔。
金属空气电池是一种以空气中的氧气为正极活性物质，金属为负极活性物质的高能电池。使用的金属一般是镁、铝、锌、镉、铁等。电解质是水溶液。哪种锌？空气电池已经成为一种成熟的产品。
金属空气电池具有很高的比能量，因为空气不包括在电池的重量中。锌？空气电池的比能量是目前生产的电池中最高的，达到400瓦时/千克(Wh/kg)。是高性能中功率电池，正在向高功率电池方向发展。目前生产的金属空气电池主要是原电池；正在开发的二次金属空气电池是一种带有金属电极的机械可充电电池。由于金属空气电池工作时不断有空气供应，因此无法在密封状态或缺乏空气的环境中工作。此外，电池中的电解质溶液易受空气湿度影响，使电池性能下降；空气中的氧气会穿透空气电极，扩散到金属电极，腐蚀电池，引起自放电。
燃料电池是一种电解质电池，只要不断供给化学原料，就能发生化学反应，将化学能转化为电能。当这些化学原料在电池内部发生反应时(一种原料在正极，一种在负极)，必须防止它们直接反应，否则会发生化学短路，无法从反应中获得电能。适合燃料电池的化学反应主要是燃烧反应，只有氢氧燃料电池进入了实用阶段。氢氧燃料电池由于使用贵金属铂作为电极材料成本较高，只作为航天器的电源。该燃料电池转换效率高，比能量高，工作时无噪音无污染，结构简单。
其他能量转换电池主要有:①太阳能电池。将太阳光的能量转化为光能的装置，由半导体制成。当太阳光照射在电池表面时，半导体PN结两侧形成电位差。其效率在10%以上。②热电电池。当两种金属连接成闭合回路，在两个接头处保持不同的温度，回路中就会产生热电电动势。这种装置叫做热电偶。当热电偶串联形成热电堆时，就形成了热电电池。也可以用半导体材料制作，温差效应强。③核电池。把核能直接转换成电能的装置叫做核电池。通常由三部分组成:辐射β射线(高速电子流)的放射源、收集这些电子的集电器和绝缘体。放射源的一端由于失去负电而变成正极，集流体的一端变成负极，两个电极之间形成电位差。这种核电池电压高，但电流小！