据说,最早的电池不过是一个十几厘米高装满醋的陶罐,里面固定着一根包裹在铜管里的铁棒。他被称为“巴格达电池”或“帕提亚电池”,发现于伊拉克,年代可以追溯到两千多年前的帕提亚王国。这个装置可以产生几伏的电压。
年美国科学家本杰明·富兰克林创造出“电池”一词,用来描述自己制作的静电实验装置——一个用一层玻璃隔开的两块铅板组成的电容器。当时人们对于电已经有相当的认识(静电、导电、电的种类),加上对雷电的正确了解,尤其是富兰克林避雷针的研制成功,消除人们对于雷电的畏惧。特别是蓄电装置的发现后,科学家开始动脑筋去想如何能够有效地运用电。
年的一天,意大利的医生伽伐尼和两位学生正在做动物解剖实验,实验对象是一只青蛙。当时,伽伐尼拿着手术刀去分解青蛙。突然,同样在进行实验操作的一个学生大叫了起来:青蛙活了!伽伐尼问怎么回事,学生说他的手术刀碰到青蛙的神经时,突然爆出了微弱的电火花,蛙腿还收缩跳动了起来。
伽伐尼自己测试了一下,也发现了这个情况。他觉得这个现象非常有意思,于是摩拳擦掌,进行深入研究。他想,既然能看到电火花,说明这个现象里面有电的参与,所以首先要确认一点——如果把电量加大,反应会不会更大?他设法搞来了静电发生器和莱顿瓶——那时候,电池还没有发明出来,人类还没有拥有能够提供稳定电流的电源。莱顿瓶就是那时用来储存电的一种装置。伽伐尼用莱顿瓶里的电去刺激青蛙腿,果然,青蛙腿动得更明显了。
于是,他继续思考,既然人工制造的电力能让青蛙腿动,那么自然产生的电力行不行呢。在一个雷雨的下午,他把青蛙腿放到室外,用一根铜钩子,挂在了院子的铁栏杆上。果然,受到雷电的影响,青蛙腿又动了起来!
外部电力的刺激,能让青蛙腿动起来,那么如果没有外部电力的刺激之后,青蛙腿还会动吗?伽伐尼又制造了一个与外界的电隔绝的环境,把青蛙腿放在铁板上,再用铜丝去戳它,结果青蛙腿又动了。接下来,伽伐尼尝试用同一种金属,或者把两种金属搭配在一起,甚至使用液态金属水银,都能发现类似的情况;另一方面,如果使用不能导电的非金属,比如用玻璃,就观察不到这个现象。
这一系列实验做了整整11年的时间, 伽伐尼正式发表了自己的论文。他认为,存在一种“生物电”,动物的身体里本身就带有电!
论文发表之后,立即引起了很大的争议。虽然大家知道,在有些鱼类身上存在放电的现象,比如电鳗、电鳐等等,在很早的古代罗马帝国时代,也有人尝试利用鱼类的这种放电特性来刺激人体,希望能够治疗某些疾病。但是,要让大家承认所有的动物身上都有电的存在,这个对当时的人们来说,还是有点难度的,所以很多人都持怀疑或反对的态度。
在反对的人当中,有一个叫伏打的反应最厉害。伏打也是一位非常有名的研究电的专家,当时在意大利另外一所大学教书,而且,他还是伽伐尼的好朋友,很早就知道伽伐尼在做关于青蛙腿的电实验。所以,他早有准备,等伽伐尼的论文一发表,就开始重复实验——这里你可能要注意一下,重复实验是科学研究当中非常重要的一环。如果说某个实验结果,除了你,别人都做不出来,那你的实验结果就不可能得到认可。
伏打相信,伽伐尼做了那么多实验,已经确认了一点,青蛙腿是会被电得动来动去的。但他对这个现象的看法却不一样。他不觉得这足以说明青蛙身体里本身就带电,而是因为这里头有两种不同的金属在参与。
,伏打干脆做了一个非常有意思的实验。他找来几个玻璃杯,在杯子里装上浓盐水。然后在每个杯子里放一小片白银,和一小片叫做锌的金属,两片金属彼此不相连。然后,他用导线把 个杯子里的银片和第二个杯子里的锌片连起来,再把第二个杯子里的锌片连上第三个杯子里的银片……这样一路连下去,把那两根分别连着 个杯子里的锌片和 一个杯子里的银片靠近的时候,会出现电火花。
伏打说,青蛙腿里并没有电,是这种电让青蛙腿动起来的,青蛙腿上的汁水只是起了浓盐水的作用罢了。后来,伏打还利用这个方法,做了人类历史上 个可以持续产电的电池,名字叫:伏打电堆。这个伏打电堆也成了未来电学的关键工具之一。为了纪念伏打的功绩,电压的单位“伏特”就是以他的名字命名的。
两位教授各自持有自己的观点,彼此不认同,他们甚至发生过一次公开辩论,但谁也说不服谁。好在其他科学家们继续对这个问题进行研究,找到了答案,他们发现这两位教授其实都只说对了一半。
首先,死掉的青蛙不会自己产电,电是来自两片金属的相接触产生的,这一点伏打说对了。其次,活青蛙确实能产一种特殊的微弱电流;活着的青蛙正是依靠这种电流,才能控制自己的腿部活动;而外来的电流让青蛙腿动,也是借用了这个机制,虽然伽伐尼并不清楚其中原理和细节,但是他也确实说对了一半。后来,伽伐尼还是被尊为“电生理学”的早期创始人。
年,英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良,又陆续有效果更好的“本生电池”和“格罗夫电池”等问世。干电池在19世纪中期诞生。年,法国的雷克兰士发明了碳锌电池,这种电池更容易制造,且最初潮湿水性的电解液逐渐用黏浊状类似糨糊的方式取代,于是装在容器内时,“干”性的电池出现了。
年,爱迪生发明可充电的铁镍电池,年可充电的铁镍电池商业化生产。如今,充电电池的种类越来越丰富,形式也越来越多样,从最早的铅 ,铅晶 ,到铁镍 以及银锌 ,发展到铅酸 、太阳能电池以及锂电池等等。与此同时, 的应用领域越来越广,电容越来越大,性能越来越稳定,充电越来越便捷。
从上面的故事可以看出,整个电池的发展史也可以说是一个“试试各种金属能不能造电池”的历史。现在电池界最红的金属是“锂”。锂是所有金属里最轻的,比水还轻,而且特别活泼,需要保存在石蜡里。实际上,当初爱迪生就曾经发明过锂电池,但是由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高,所以锂电池长期没有得到应用。现在,人们对电池“求贤若渴”,这些问题也就不是问题了。恰好锂电池具有能量重量比高、电压高、自放电小、可长时间存放等优点,所以它在近30年中取得了巨大发展。我们用的计算机、计算器、照相机、手表中的电池都是锂电池。
电池已经诞生了多年,现在仍然在前进。无论是过去还是现在,电池的目标都没有改变:随时随地让人享受电能的巨大恩惠。
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