电池工作原理

• 失去两个电子（2e-），变为Zn++ 离子。

• Zn++离子与SO4--离子结合生成ZnSO4，后者溶解于硫酸。

• 锌原子失去的电子与硫酸中的氢离子结合生成H2分子（氢气）。因此我们看到锌棒上产生了氢气泡。

• 电子流经金属线并与碳棒上的氢结合，因此碳棒上开始产生氢气泡。

• 热量已经减少。可以使用流经金属线的电子为电灯泡或相似负载供电，并可以测量金属线的电压和电流，而某些热能已转化为电子移动。

而电子很难移动到碳棒，因为它们更容易与碳棒上的氢结合。该电池将产生0.76伏的特征电压。最终，锌棒将完全溶解，或硫酸中的氢离子被耗光，从而使电池“耗尽”。

电池电源和使用方法

任何电池的内部均发生相同类型的电化学反应，从而导致电子从一极移动到另一极。电池的电压取决于实际使用的金属和电解液——每个不同的反应都具有一个特征电压。例如，下面介绍了汽车铅酸蓄电池的某个电池单元中发生的电化学反应：

• 该电池单元有两个极板，一个是铅极板，另一个是二氧化铅极板，两个极板浸泡在强硫酸电解液中。

• 铅与SO4结合生成PbSO4和一个电子。

• 二氧化铅、氢离子和SO4离子以及铅极板中的电子在二氧化铅极板上生成PbSO4和水。

• 电池放电时，两个极板上均生成PbSO4（硫酸铅），而硫酸中生成水。每个电池单元的特征电压大约为2伏，因此六个电池单元组合在一起构成了一个12伏蓄电池。

铅酸蓄电池有一个很好的特性，即反应完全可逆。如果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，从而可以不断地重复使用蓄电池。在锌碳电池中，由于很难使氢气返回到电解液中，因此很难发生逆向反应。

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——由于具备极佳的功率重量比，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。

在几乎所有使用电池的设备中，你都不可能一次仅使用一个电池单元。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。使用串联结构可以增加电压。使用并联结构可以增加电流。下图显示了这两种结构：

上面的结构称为“并联”结构。如果假设每个电池单元生成1.5伏电压，则四个并联电池也将生成1.5伏电压，但提供的电流却为单个电池单元的四倍。下面的结构称为“串联”结构。四个电压加在一起将生成6伏电压。

通常情况下，当你购买电池包时，包装上会显示电池的额定电压和额定电流。例如，我的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理论上可以在一小时内生成500毫安的电流。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5毫安电流，在50小时内生成10毫安电流、在20小时内生成25毫安电流，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1,000毫安电流。

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