電池世界 - 第 1 部分
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2019年諾貝爾化學獎因鋰離子電池設計的發展而榮獲。 與諾貝爾委員會的其他一些裁決不同，這項裁決並不令人意外——恰恰相反。 鋰離子電池為智慧型手機、筆記型電腦、手提式電動工具甚至電動車提供動力。 約翰古迪納夫 (John Goodenough)、史丹利惠廷厄姆 (Stanley Whittingham) 和吉野彰 (Akira Yoshino) 三位科學家當之無愧地獲得了文憑、金牌和 9 萬瑞典克朗的獎金。
您可以在我們的化學循環的上一期中閱讀有關獲獎理由的更多信息 - 文章本身以宣布對電池和電池組問題進行更詳細的介紹為結尾。 是時候兌現你的承諾了。
首先，對命名不準確之處進行簡要說明。
鏈接 這是唯一產生電壓的電路。
電池 由正確連接的細胞組成。 目標是增加電壓、容量（可以從系統獲得的能量）或兩者兼而有之。
電池 它是一種電池或電池組，電量耗盡時可以充電。 並非每個晶片都具有這些特性——許多晶片都是一次性的。 在日常用語中，前兩個術語經常互換使用（本文也是如此），但必須注意它們之間的區別（1）。
1. 由電芯組成的電池。
電池並不是最近幾十年才發明的；它們的歷史要悠久得多。 您可能已經聽說過這種體驗 加爾瓦涅戈 i 伏特 二十世紀之交，標誌著電流在物理和化學中的應用的開始。 然而，電池的歷史開始得更早。 很久以前了 …
....在巴格達待了很長時間
1936年，德國考古學家 威廉‧柯尼希 在巴格達附近發現了一件可以追溯到公元前 XNUMX 世紀的陶器。考慮到幼發拉底河和底格里斯河上的文明繁榮了數千年，這一發現似乎並不罕見。
然而，容器中的東西很神秘：一卷生鏽的銅片、一根鐵棒和天然樹脂的殘餘物。 柯尼格一直對這件文物的用途感到困惑，直到他記得有一次參觀過巴格達的珠寶商巷。 當地工匠使用類似的設計在銅製品上塗上貴金屬。 其他考古學家並沒有相信這是古代電池的想法，因為當時沒有留下電力的證據。
那麼（這就是這個發現的名字）它是真實存在的東西還是一千零一夜的童話故事？ 讓實驗來決定。
你需要： 銅板、鐵釘和醋（請注意，所有這些材料在古代都是已知的並且廣泛使用）。 更換樹脂來密封容器，並用橡皮泥代替作為絕緣材料。
在燒杯或燒瓶中進行實驗，儘管使用黏土花瓶會為測試帶來真實的味道。 使用砂紙清除金屬表面的沉積物並將電線連接到其上。
將銅板捲起並放入容器中，然後將釘子插入捲內。 使用橡皮泥固定板和釘子，使它們不會相互接觸 (2)。 將醋（約5%溶液）倒入容器中，用萬用電錶測量連接到銅板和鐵釘的電線末端之間的電壓。 設定儀表來測量直流電流。 哪一極是電壓源的“正極”，哪一極是“負極”？
2. 巴格達電池的現代複製品草圖。
儀表顯示 0,5-0,7 V，因此 Baghdad 電池正在工作！ 請注意系統的正極是銅，負極是鐵（接線端子只有一種選擇時儀表顯示正電壓值）。 是否可以從構建的副本中獲取電力以進行有用的工作？ 是的，但是多做一些型號，把它們串聯起來，增加電壓。 LED 需要大約 3 伏的電壓 - 如果您從電池中獲得那麼多電壓，LED 就會亮起。
巴格達電池的小型設備供電能力經過重複測試。 邪教節目「流言終結者」的作者幾年前進行了類似的實驗。 《流言終結者》（你還記得亞當和傑米嗎？）也得出結論，這個結構可以用作古代電池。
那麼人類對電的冒險是在 2 多年前開始的嗎？ 是和不是。 是的，因為即使那樣也可以設計電源。 不，因為這項發明並沒有普及——當時和未來的許多世紀都沒有人需要它。
聯繫？ 這很簡單！
徹底清潔金屬板或電線、鋁、鐵等表面。 將兩種不同金屬的樣本插入多汁的水果（這將促進電流的流動），使它們不會相互接觸。 將萬用電錶夾連接到從水果伸出的電線末端，並讀取它們之間的電壓。 改變所使用的金屬類型（以及水果）並繼續嘗試（3）。
3.水果細胞（鋁和銅電極）。
在所有情況下，都創建了連結。 測量的電壓會根據實驗所使用的金屬和水果而變化。 將水果電池組合成電池將允許您使用它來為小型電子設備供電（在這種情況下，需要小電流，您可以從您的設計中獲得）。
將最外面的水果伸出的電線末端連接到電線，然後將這些電線依序連接到 LED 的末端。 一旦將電池極連接到二極體的相應“端子”並且電壓超過一定閾值，二極管就會點亮（不同顏色的二極管有不同的啟動電壓，但大約3伏特就足夠了）。
同樣有吸引力的電源是電子手錶 - 它可以依靠“水果電池”長時間運行（儘管很大程度上取決於手錶的型號）。
蔬菜絕不遜於水果，而且還可以用來製造電池。 因為？ 取一些泡菜和適量的銅鋁片或電線（可以用鋼釘代替，但從一個鏈結得到的電壓會較低）。 組裝電池，當你用它為音樂盒的集成電路供電時，黃瓜合唱團就會唱歌！
為什麼是黃瓜？ 康斯坦丁·伊爾德豐·加爾欽斯基 (Konstantin Ildefons Galchinsky) 認為：“如果一根黃瓜在任何時候都不唱歌，那麼它很可能因為上天的意志而看不見。” 事實證明，化學家可以做到連詩人都做夢也想不到的事。
露營電池
在緊急情況下，您可以自製電池並用它為 LED 供電。 誠然，光線會很暗，但總比沒有光好。
你需要什麼？ 當然，一個二極管，還要一個冰塊托盤、銅線和鋼釘或螺絲（金屬必須有乾淨的表面以利於電流流動）。 將金屬絲切成碎片，並將碎片的一端纏繞在螺絲或釘子的頭上。 以這種方式製作多個鋼銅佈局（8-10 個就足夠了）。
用濕土填充模具的凹槽（您可以另外添加鹽水，這會降低電阻）。 現在將您的結構插入空腔中：螺絲或釘子應進入一個孔，銅線進入另一個孔。 放置下一個，使鋼和銅位於同一空腔中（金屬不能相互接觸）。 整體形成一個系列：鋼-銅-鋼-銅等。排列元件，使第一個和最後一個空腔（唯一包含單一金屬的空腔）彼此相鄰。
高潮來了。
將二極管的一條腿插入該行的第一個凹槽中，將另一條腿插入最後一個凹槽中。 它在發光嗎？
如果是這樣，恭喜（4）！ 如果沒有，請尋找錯誤。 LED 二極體與普通燈泡不同，必須具有連接極性（您知道哪種金屬是電池的“正極”，哪種金屬是“負極”嗎？）。 將腳朝與地面相反的方向插入就足夠了。 其他故障原因還有電壓過低（最低3伏特）、開路或短路。
4.「接地電池」工作中。
在第一種情況下，增加組件數量。 第二步，檢查金屬之間的連接（同時壓實金屬周圍的地面）。 在第三種情況下，請確保銅和鋼的末端在地下不會相互接觸，並且潤濕銅和鋼的土壤或溶液不會連接相鄰的孔。
「地球電池」的實驗很有趣，它證明電力實際上可以「從無到有」獲得。 即使你不必使用建築結構，你總能用你的麥蓋龍式（可能只有老技術人員記得）或生存大師式的技能給露營者留下深刻的印象。
細胞是如何工作的？
浸入導電溶液（電解質）中的金屬（電極）從中充電。 最少量的陽離子進入溶液，而電子留在金屬中。 溶液中有多少離子以及金屬中有多少過剩電子取決於金屬的類型、溶液、溫度和許多其他因素。 如果將兩種不同的金屬浸入電解質中，由於電子數量不同，它們之間會產生電壓。 當用導線連接電極時，來自電子數量較多的金屬（負電極，即電池陽極）的電子將開始流入數量較少的金屬（正電極 - 陰極）。 當然，在電池運行期間，必須保持平衡：來自陽極的金屬陽離子進入溶液，而輸送至陰極的電子與周圍的離子發生反應。 整個電路由提供離子傳輸的電解質閉合。 流過導體的電子能量可用於有用的功。
