褐煤蠟
[拼音]：dianchi
[英文]：battery
將一定形式的能量不經過中間機械轉換過程而直接轉換為電能的電源裝置。主要特點是：
（1）可在電網或發電機不能或不易供電的場合提供直流電源；
（2）工作時無噪聲，攜帶方便；
（3）由單體電池組成，可根據需要選用和組合。按照能量轉換的方式，電池可分為：
（1）利用電化學反應將化學能直接轉換成電能的化學電池，這類電池種類很多，應用很廣，統稱化學電源；
（2）利用光伏效應將太陽光能直接轉換成電能的太陽電池；
（3）利用塞貝克效應將熱能直接轉換成電能的溫差發電器；
（4）將原子核放射能直接轉換為電能的核電池等。後三者都是利用物理效應，故又總稱物理電源。
發展簡況
最早的原型化學電池是伏打電堆，由義大利A.伏特於1800年發明。1859年法國G.普蘭特發明鉛蓄電池，1868年法國G.勒克朗謝發明鋅錳電池，1899年瑞典W.榮格發明鎘鎳蓄電池，1900年美國T.A.愛迪生髮明鐵鎳蓄電池。這些電池經過長期改進，已成為現代大量應用的化學電源。近代電子工業和航天工業的發展，加速了新型高能量電池的研究。1941年法國H.G.安德烈製成高能量鋅銀蓄電池。1958年英國F.培根製成高功率氫氧燃料電池，後來成功地應用在美國“阿波羅”號登月飛船中。70年代前半期，各種高能量鋰電池分別在美國、法國、日本研製成功，並陸續投入使用。
原理
在化學電池中，化學能直接轉變為電能是靠電池內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果，這種反應分別在兩個電極上進行（見圖）。負極活性物質由電位較負並在電解質中穩定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質由電位較正並在電解質中穩定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質則是具有良好離子導電性的材料，如酸、鹼、鹽的水溶液，有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質等。當外電路斷開時，兩極之間雖然有電位差(開路電壓)，但沒有電流，儲存在電池中的化學能並不轉換為電能。當外電路閉合時，在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內部，由於電解質中不存在自由電子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質介面的氧化或還原反應，以及反應物和反應產物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此，電池內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時，電池內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反；電極反應必須是可逆的，才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此，電極反應可逆是構成蓄電池的必要條件。按照熱力學原理，在等溫等壓下，電池體系所能輸出的最大功即體系的自由能增量為
式中E為電池電動勢（伏）；
為吉布斯反應自由能增量(焦)；F為法拉第常數＝96500庫＝26.8安·小時；n為電池反應的當量數。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關係式，也是計算電池能量轉換效率的基本熱力學方程式。實際上，當電流流過電極時，電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢，這種現象稱為極化。電流密度（單位電極面積上通過的電流）越大，極化越嚴重。極化現象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三：
（1）由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化；
（2）由電極－電解質介面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化；
（3）由電極－電解質介面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。
主要效能引數
電池的主要效能包括額定容量、額定電壓、充放電速率、阻抗、壽命和自放電率。
額定容量
在設計規定的條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下，電池應能放出的最低容量，單位為安培小時，以符號C 表示。容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯數字標明放電率，如C20=50，表明在 20時率下的容量為50安·小時。電池的理論容量可根據電池反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由於電池中可能發生的副反應以及設計時的特殊需要，電池的實際容量往往低於理論容量。
額定電壓
電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實際工作電壓隨不同使用條件而異。電池的開路電壓等於正、負電極的平衡電極電勢之差。它只與電極活性物質的種類有關，而與活性物質的數量無關。電池電壓本質上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動，這種現象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率範圍很寬，故可與電路中自激噪聲相區別。
充放電速率
有時率和倍率兩種表示法。時率是以充放電時間表示的充放電速率，數值上等於電池的額定容量 (安·小時)除以規定的充放電電流（安）所得的小時數。倍率是充放電速率的另一種表示法，其數值為時率的倒數。原電池的放電速率是以經某一固定電阻放電到終止電壓的時間來表示。放電速率對電池效能的影響較大。
阻抗
電池內具有很大的電極-電解質介面面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯迴路。但實際情況複雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態有效。
壽命
儲存壽命指從電池製成到開始使用之間允許存放的最長時間，以年為單位。包括儲存期和使用期在內的總期限稱電池的有效期。儲存電池的壽命有幹儲存壽命和溼儲存壽命之分。迴圈壽命是蓄電池在滿足規定條件下所能達到的最大充放電迴圈次數。在規定迴圈壽命時必須同時規定充放電迴圈試驗的制度，包括充放電速率、放電深度和環境溫度範圍等。
自放電率
電池在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內自放電損失的容量佔儲存前容量的百分數表示。
原電池
經一次放電（連續或間歇）到電池容量耗盡後，不能再有效地用充電方法使其恢復到放電前狀態的電池。特點是攜帶方便、不需維護、可長期（幾個月甚至幾年）儲存或使用。原電池主要有鋅錳電池、鋅汞電池、鋅空氣電池、固體電解質電池和鋰電池等。鋅錳電池又分為乾電池和鹼性電池兩種。
鋅錳乾電池
製造最早而至今仍大量生產的原電池。有圓柱型和疊層型兩種結構。其特點是使用方便、價格低廉、原材料來源豐富、適合大量自動化生產。但放電電壓不夠平穩，容量受放電率影響較大。適於中小放電率和間歇放電使用。新型鋅錳乾電池採用高濃度氯化鋅電解液、優良的二氧化錳粉和紙板漿層結構，使容量和壽命均提高一倍，並改善了密封效能。
鹼性鋅錳電池
以鹼性電解質代替中性電解質的鋅錳電池。有圓柱型和鈕釦型兩種。這種電池的優點是容量大，電壓平穩，能大電流連續放電，可在低溫(-40℃)下工作。這種電池可在規定條件下充放電數十次。
鋅汞電池
由美國S.羅賓發明，故又名羅賓電池。是最早發明的小型電池。有鈕釦型和圓柱型兩種。放電電壓平穩，可用作要求不太嚴格的電壓標準。缺點是低溫效能差（只能在0℃以上使用），並且汞有毒。鋅汞電池已逐漸被其他系列的電池代替。
鋅空氣電池
以空氣中的氧為正極活性物質，因此比容量大。有鹼性和中性兩種系列，結構上又有溼式和乾式兩種。溼式電池只有鹼性一種，用NaOH為電解液，價格低廉，多製成大容量（100安·小時以上）固定型電池供鐵路訊號用。乾式電池則有鹼性和中性兩種。中性空氣乾電池原料豐富、價格低廉，但只能在小電流下工作。鹼性空氣乾電池可大電流放電，比能量大，連續放電比間歇放電效能好。所有的空氣乾電池都受環境溼度影響，使用期短，可靠性差，不能在密封狀態下使用。
固體電解質電池
以固體離子導體為電解質，分高溫、常溫兩類。高溫的有鈉硫電池，可大電流工作。常溫的有銀碘電池，電壓0.6伏，價格昂貴，尚未獲得應用。已使用的是鋰碘電池，電壓2.7伏。這種電池可靠性很高，可用於心臟起搏器。但這種電池放電電流只能達到微安級。
鋰電池
以鋰為負極的電池。它是60年代以後發展起來的新型高能量電池。按所用電解質不同分為：
（1）高溫熔融鹽鋰電池；
（2）有機電解質鋰電池；
（3）無機非水電解質鋰電池；
（4）固體電解質鋰電池；
（5）鋰水電池。鋰電池的優點是單體電池電壓高，比能量大，儲存壽命長（可達10年），高低溫效能好，可在-40～150℃使用。缺點是價格昂貴，另外電壓滯後和安全問題尚待改善。
蓄電池
在部分或全部放電後能有效地用充電方法使其恢復到放電前狀態的電池。蓄電池的特點是可以重複利用，並能輸出較大電能。主要用途為汽車或飛機的起動電源，潛艇、煤礦車、工業叉車等的動力電源，電話交換機、照明、電力系統的應急電源，以及使用期較長的能源系統（如人造衛星、太陽能、風能等）的儲能電源。
鉛蓄電池
最早發明而至今仍大量生產和應用的蓄電池。採用酸性電解質，原材料豐富，價格低，適用性好，但比能量低。採用低銻合金或鉛鈣合金板柵和優良的新增劑，並改進電池設計，已製成免維護鉛蓄電池和密封型鉛蓄電池。
鎘鎳蓄電池
採用鹼性電解質，有開口式、密封式和全密封式三種結構。按電極工藝分類，在壓成式、極板盒式、燒結式等。以燒結式效能最好，能高倍率放電且迴圈壽命最長。全密封電池可供衛星使用。若以活性鐵電極代替海綿鎘電極即構成鐵鎳蓄電池。鐵鎳蓄電池價格較低，但充電效率低而且自放電率大，採用新型燒結式鐵電極，效能已有所提高。
鋅銀蓄電池
是蓄電池中比能量最高的一種，也可做成原電池和儲備電池。這種蓄電池分為高倍率(7倍率以上)、中倍率（3.5～7倍率）、低倍率(3.5倍率以下)三種。效能良好但壽命較短，而且價格昂貴，只能用於特殊場合。為滿足微電子器件的需要，已研製出一種鈕釦式結構電池，可供電子手錶、袖珍計算器和其他微電子器件使用。
儲備電池
有兩種啟用方式，一種是將電解液和電極分開存放，使用前將電解液注入電池組而啟用，如鎂海水電池、儲備式鉻酸電池和鋅銀電池等。另一種是用熔融鹽電解質，常溫時電解質不導電，使用前點燃加熱劑將電解質迅速熔化而啟用，稱為熱電池。這種電池可用鈣、鎂或鋰合金為負極，KCl和LiCl的低共熔體為電解質，CaCrO4、PbSO4或V2O5等為正極，以鋯粉或鐵粉為加熱劑。採用全密封結構可長期儲存（10年以上）。儲備電池適於特殊用途。
標準電池
最著名的是惠斯頓標準電池，分飽和型和非飽和型兩種。其標準電動勢為 1.01864伏(20℃)。非飽和型的電壓溫度係數約為飽和型的1/4。
燃料電池
研究燃料電池的最初目的是使天然燃料經電化學氧化而發電，以提高能量轉換效率，這個目的雖至今未獲成功，卻研製出可直接從特定燃料得到直流電流的燃料電池，如氫氧燃料電池，已用在航天器上。燃料電池按電解質不同分為：
（1）離子交換膜電池；
（2）石棉膜電池；
（3）培根型電池（以濃 KOH為電解質）。人們正在研究地面應用的燃料電池，以磷酸為電解質，空氣為氧化劑，燃料是天然碳氫化合物經重整和裂解後使用。此外還有肼燃料電池、甲醇燃料電池和高溫燃料電池，均處於實驗室研究階段。
參考書目
徐國憲、章慶權：《新型化學電源》，國防工業出版社，北京，1984。
G.W.Vinal，StorageBatteries，4th ed.，Wiley，NewYork，1955.