1780年的一天,意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时,两手分别拿着不同的金属器械,无意中同时碰在青蛙的大腿上,青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下,仿佛受到电流的刺激,而只用一种金属器械去触动青蛙,却并无此种反就。
伽伐尼认为,出现这种现象是因为动物躯体内部产生的一种电,他称之为“生物电”。
伽伐尼的发现引起了物理学家们极大兴趣,他们竞相重复枷伐尼的实验,企图找到一种产生电流的方法,意大利物理学家伏特在多次实验后认为:伽伐尼的“生物电”之说并不正确,青蛙的肌肉之所以能产生电流,大概是肌肉中某种液体在起作用。
为了论证自己的观点,伏特把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验。
结果发现,这两种金属片中,只要有一种与溶液发生了化学反应,金属片之间就能够产生电流。
1799年,伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里,发现连接两块金属的导线中有电流通过。
于是,他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片,平叠起来。
用手触摸两端时,会感到强烈的电流刺激。
伏特用这种方法成功的制成了世界上第一个电池──“伏特电堆”。
这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。
它成为早期电学实验,电报机的电力来源。
意大利物理学家伏打就多次重复了伽伐尼的实验。
实验证明,只要在两种金属片中间隔以用盐水或碱水浸过的硬纸、麻布、皮革或其它海绵状的东西,并用金属线把两个金属片连接起来,不管有没有青蛙的肌肉,都会有电流通过。
这就说明电并不是从蛙的组织中产生的,蛙腿的作用只不过相当于一个非常灵敏的验电器而已。
1836年,英国的丹尼尔对“伏打电堆”进行了改良。
他使用稀硫酸作电解液,解决了电池极化问题,制造出第一个不极化,能保持平衡电流的锌─铜电池,1860年,法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池。
然而,无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体,因此搬运很不方便,特别是蓄电池所用液体是硫酸,在挪动时很危险。
在1860年,法国的雷克兰士(GeorgeLeclanche)还发明了世界广受使用的电池(碳锌电池)的前身。
1887年,英国人赫勒森发明了最早的干电池。
干电池的电解液为糊状,不会溢漏,便于携带,因此获得了广泛应用。
1890年Thomas Edison 发明可充电的铁镍电池1896年在美国批量生产干电池1896年发明D型电池.1899年Waldmar Jungner 发明镍镉电池.(1902年5月28日,爱迪生今天宣布发明了一种新式蓄电池。
这种电池比以前的铅酸电池重量轻,但使用寿命长。
这位多产的发明家说,这种电池是用镍、铁和碱溶液制成的。
它能使电力汽车与汽油发动机汽车相媲美。
)1910年可充电的铁镍电池商业化生产1911年我国建厂生产干电池和铅酸蓄电池(上海交通部电池厂),1914年Thomas Edison 发明碱性电池.1934年Schlecht and Akermann 发明镍镉电池烧结极板.1947年Neumann 开发出密封镍镉电池.1949年Lew Urry (Energizer) 开发出小型碱性电池.1954年Gerald Pearson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 开发出太阳能电池.1956年Energizer.制造第一个9伏电池1956年我国建设第一个镍镉电池工厂(风云器材厂(厂))1960前后Union Carbide.商业化生产碱性电池,我国开始研究碱性电池(西安庆华厂等三家合作研发),1970前后出现免维护铅酸电池.1970前后一次锂电池实用化.1976年Philips Research的科学家发明镍氢电池.1980前后开发出稳定的用于镍氢电池的合金.1983年我国开始研究镍氢电池(南开大学)1987年我国改进镍镉电池工艺,采用发泡镍,电池容量提升40%1987前我国商业化生产一次锂电池1989年我国镍氢电池研究列入国家计划1990前出现角型(口香糖型)电池,1990前后镍氢电池商业化生产.1991年Sony.可充电锂离子电池商业化生产1992年Karl Kordesch, Josef Gsellmann and Klaus Tomantschger 取得碱性充电电池专利1992年Sony成功开发锂离子电池。
它的实用化,使人们的移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小。
使用时间大大延长。
由于锂离子电池中不含有重金属铬,与镍铬电池相比,大大减少了对环境的污染。
1992年Battery Technologies, Inc.生产碱性充电电池1995年我国镍氢电池商业化生产初具规模1999年可充电锂聚合物电池商业化生产2000年我国锂离子电池商业化生产2000后燃料电池,太阳能电池成为全世界瞩目的新能源发展问题的焦点电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明,至1883年发明了氧化银电池,1888年实现了电池的商品化,1899年发明了镍-镉电池,1901年发明了镍-铁电池,进入20世纪后,电池理论和技术处于一度停滞时期。
但在第二次世界大战之后,电池技术又进入快速发展时期。
首先是为了适应重负荷用途的需要,发展了碱性锌锰电池,1951年实现了镍-镉电池的密封化。
1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质,20世纪70年代初期便实现了军用和民用。
随后基于环保考虑,研究重点转向蓄电池。
镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后,在20世纪80年代得到迅速发展。
随着人们环保意识的日益增加,铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制,因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。
锂离子电池自然成为有力的候选者之一。
1990年前后发明了锂离子电池。
1991年锂离子电池实现商品化。
1995年发明了聚合物锂离子电池,(采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质)1999年开始商品化。
现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。
小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。
大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源,电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。
还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。
电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。
我国电池发展的历程我国第一家电池厂于1911年诞生于上海。
1921年第一家专业铅蓄电池厂-上海蓄电池厂也建于上海。
1941年在延安中央军委三局所属电信材料厂开始生产锌锰干电池和修理铅酸蓄电池。
1957年组建机电部电材局化学电源研究室,1958年成为我国第一个专业研究所,既原一机部化学电源研究所(原电子工业部天津电源研究所)。
1960年我国第一家碱性蓄电池厂“风云器材厂”在河南新乡正式验收投产。
20世纪90年代初,国家开始了“863”重点攻关,使Ni-MH电池的生产化得到了迅速发展。
以后国家又开始了锂离子电池“863”重点攻关,希望能借此推动锂离子电池及其材料的国产化。
我国发展锂离子电池生产的必要性对于我国目前的电池工业而言,存在的主要问题是环境污染和资源浪费严重。
对于环境污染而言,由于我国电池工业的自动化、机械化程度不高,很多企业多为手工操作,导致生产过程中污染很大,对工人身体危害大。
干电池行业曾被人戏称为“污染企业”,“黑工业”。
这些污染物主要有MnO2粉、HgO、沥青烟、烟雾、石蜡烟气等。
其中汞是最受关注的、有剧毒的重金属,极微量的汞对人体有很大毒性。
目前发达国家已宣布自1994年起禁止有汞电池的生产和进口。
目前我国多数厂家仍然生产有汞电池。
铅酸电池行业的主要污染物有Pb、Pbo粉尘、酸雾及废酸等。
铅也是毒性较大的重金属,慢性铅中毒主要表现在神经系统受损、肾功能障碍和贫血等。
Cd-Ni电池所用原料多为粉状,也存在粉尘污染问题;而且Cd 的毒性较大,可以积累在肾脏和骨骼中,引起肾功能失调。
另外,骨骼中钙被镉取代,使骨骼软化,疼痛难忍。
此外,碱雾、废酸也是重要的污染物。
锌锰干电池经常会出现铜绿、冒浆现象,总有一些MH-Ni电池在使用中会出现喷碱或爆裂现象。
铅酸蓄电池仍有较大比例为老式开口电池,使用中仍有冒气冒酸现象。
废旧电池的大量弃用浪费了大量的有用材料。
例如对于干电池的银电池而言,我国基本上未加以回收利用,至于价值低的锌锰干电池利用效果更差。
为了减少污染,保护环境,维护生态平衡以及保护地球上的有限资源,应当尽可能扩大资源种类,选用储量丰富的资源以及利用有利于环保的资源。
因此,锂离子电池成为我国必须发展的电池品种。
碱性锌锰电池的发展史锌锰电池发展至今经历了漫长的演变,早在1868年法国工程师乔治-勒克兰社采用二氧化锰和炭粉作正极粉料,将它压入多孔陶瓷的圆筒体中,并插上一根炭棒集流器作正极,用一根锌棒部分插入溶液中作负极,电解液是用20%的氯化铵水溶液,电池的容器是用玻璃瓶,做成第一个锌锰湿电池。
1886年盖斯将氯化铵水溶液改用氯化铵,氯化锌,石膏和水合成的糊状物,并将锌片作成圆筒形作电池的容器,同时用石蜡封口,从而做成原电池的雏形。
此后不久,又将面粉和淀粉作为电解质溶液的凝胶剂,是锌锰电池的便携性大大提高,为这种电池的工业化生产和广泛地使用打下了良好的基础。
1890年前后这种电池在全世界范围内投入工业化生产。
1870年前后采用了汞齐化锌阳极,以减轻锌的自放电。
1877年对碳棒采用浸蜡处理,以防止炭棒爬液,减轻对金属集流体的腐蚀。
1923年采用乙炔黑代替石墨粉,使容量提高40%-50%,1945年电解二氧化锰在电池中的应用使锌锰电池的放电性能进一步有大的提高。
然而,随着时代的发展,普通碱性锌锰电池不能满足市场的需求。
早在100多年前就有人提出过用锌做负极,MnO2做正极,KOH或NaOH做电解液,在漫长的研究过程中主要围绕四个问题进行:一是用粉状多孔锌电极代替片状电极,降低放电电流密度和解决锌片在碱液中易于钝化的缺点;二是采用反极结构,提高MnO2的填充量,使正负极容量相匹配;三是对锌粉汞齐化处理和碱液中加ZnO,解决锌在碱液中的腐蚀;四是密封结构和密封材料的改进,解决爬碱现象。
直到1950代前后在锌锰干电池的基础上成功研制出碱性锌锰电池,。
它以锌粉为负极,电解二氧化锰为正极,电解液采用NaOH或KOH,使电池性能成倍的提高。
它不仅容量高,还适合于大电流连续放电。
还具有优良的低温性能,储存性能和防漏性能。
但在前期的碱锰电池中要控制负极锌粉在碱液中的气量,当时电池的用汞量非常大,用汞量在2%-6%,八十年代末随着人们环保意识的加强,掀起了无汞碱锰电池的研究热潮,寻找有机或无机代汞缓蚀剂和锌粉中合金元素(主要是Al,Bi,In,Pb)成为主要的研究方向。