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为什么有的电池可以充电反复使用?

电池是生活中最方便的能源供应方式之一。不过,很多人都希望能有一个可以一直使用下去而不报废的电池,以免经常更换新电池。电池在用完之后能否再“复生”呢?从理论上讲,在一定条件下,很多化学反应都是可逆的,这意味着当电池用完之后,是有可能用充电的方式让电池“再生”的。然而,这种复原可不简单,因为这不仅是化学反应过程的“逆行”,还必须让电极的物理状态也复原。即原先是一块板状的电极,复原之后仍然应该是一块板,而不是粉末。

经过多年的研究,人们终于找到了一些十分理想的材料,用来构成“可再生”的电池。这种电池在电用完之后,可以以充电的方式重新储存电能,因此能反复多次使用,所以被称为“蓄电池”,也称为“二次”电池。

最早出现的可充电电池铅蓄电池,常用在汽车和电动自行车上。它的负极是铅,正极为二氧化铅,电解质溶液为硫酸。

放电时,负极的铅给出电子,形成硫酸铅;正极的二氧化铅得到电子,四价铅离子就变成了二价的硫酸铅。充电时,硫酸铅的一半生成铅沉积在铅电极上;另一半生成二氧化铅沉积在二氧化铅电极上,于是电池又可重新使用了。

然而,由于铅和硫酸的密度都较大,且硫酸具有腐蚀性,所以铅蓄电池的外壳很厚,整个电池显得极为笨重。人们无法将它用于随身携带的小电器中。于是科学家又开发出了轻便的镍镉电池,即我们常用的5号或7号充电电池。

镍镉电池以金属镉为负极,氢氧化氧镍为正极,氢氧化钾或氢氧化钠溶液为电解液,它具有使用寿命长的特点,充放电循环次数高达数千次。它的内阻很小,可快速充电,为负载提供大电流,而且放电时电压变化很小,是一种非常理想的直流供电电池。

其他常用的可充电电池还有镍氢电池、锂离子电池等。

【知识点】电池的发明

有一次,意大利解剖学家加尔瓦尼在进行青蛙解剖实验时,无意中将两根不同的金属棒,同时碰到一只青蛙的大腿上,这只早已死去的青蛙,大腿肌肉突然抽搐起来,这和肌肉受到电流刺激后的情况一模一样。两根金属棒为什么会产生电流?经过一系列研究,意大利科学家伏打发现,将两种不同的金属棒放在能导电的电解质中,只要有一种金属棒能和溶液发生化学反应,它们之间就能产生电流,并由此发明了世界上第一个电池——伏打电池。

【试一试】水果电池

将一块锌片和一段铜丝,插进一只柠檬,一个“柠檬电池”就做好了。这里,锌片和铜丝充当的是电极,柠檬里酸酸的柠檬汁就是电池的电解质。再准备一只常用作指示灯的发光二极管,当你用导线将二极管接在锌片和铜丝做的电极上,“柠檬电池”就会使二极管发光;如果不亮,用两个“柠檬电池”串联起来,就一定行啦!你还可以用西红柿、橙子等做出各种“水果电池”。

【发散思维】为什么汽车还在使用铅蓄电池,并且无需拿下来充电?