电池原理详细讲解
你知道吗?下一次“核战争”已经近在眼前了,只不过这次的主角并不是什么“杀伤性武器”,而是“核电池”。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t0162dd101e1341c388.jpg)
核电池或挑起一场新的“核战争”
那么,核电池是什么时候出现的呢?它又经历了怎样的发展历程?它真的能用一万年吗?
核电池的发展回顾
人类和核能之间的“孽缘”基本都开始于上个世纪,核电池也不例外。它是在1913年,由英国物理学家亨利·莫塞莱发明的。
那一年,他利用水晶X射线衍射法观察和测量了多种金属化学元素的波谱,在首创莫塞莱定律之后,顺便设计了世界上第一个核电池。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t0110a5ae197efc0e45.jpg)
亨利·莫塞莱发明出第一个核电池
根据资料来看,当时这块核电池使用的是20mCi的β放射源,采用直接收集机制获得150kV的电压以及电流。不过,这块电池也有不少缺点,其中最典型的,就是对真空环境有着严格的要求,在这种情况下,它的可应用领域很少。
后来,人们都发现了核电池的寿命要比普通电池长的多,这种优点刚好符合那一时期准备起步的航天探索事业。所以,一批科学家在忙着搞“核武器”,另一批科学家则忙着研究核电池。
自上世纪五十年代开始,核电池就开始进入了快速发展的阶段,人们通过热电转换机制造出了适用领域更宽泛的核电池,相关的研究甚至扩展到了器件制造和应用方面。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t01c2e1fb35181f4083.jpg)
用热电转换机制造出核电池
眼看着这种“超长寿命电池”不断取得研发成果,美国在1956年就制定了核动力辅助计划(简称SNAP),希望核电池的研究可以助力航天发展。到1961年,他们便已实现让核电池飞上太空的壮举了。
如今,核电池的发展已经过去了百年,人们学会了使用核废料制作核电池,进一步提升它的发电性能和寿命等等。
比如,此前美国的NDB公司就表示,他们通过相关技术,造出了一种新型核电池,这种电池的寿命甚至能达到2.8万年左右。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t014a9d185a77d3e607.jpg)
NDB公司研制出了一种新型核电池
那么,为什么核电池的寿命能这么长呢?它的工作原理到底是什么?
核电池的分类及工作原理
核电池又叫放射性同位素电池、原子能电池,虽然与核武器、核电站之类的共同起步发展,但是知名度相对较低,一直比较低调。这就导致大家对它产生了一些误解,比如不少人都觉得核电池就和核电站的发电原理一样,它就是“浓缩版”的核电站。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t01aed80bfe391ce458.jpg)
核电池是一种放射性同位素电池
但事实上,核电站是利用核反应堆当中,原子核裂变释放的核能来发电的,而核电池的发电原理和核裂变一点儿关系都没有。因为它的工作原理,是让其中的同位素衰变产生能量,然后再将这些能量转换成电。
正是因为有这样特殊的发电原理,所以核电池的分类是按照“转换方式”来区分的。人们将其分成了两大类,分别是非热转换型核电池和热转换型核电池。并且这两大类之下可以继续细分,比如非热转换式还可以分为直接充电型、直接转换型和间接转换型。
那么,这两种不同形式的核电池,工作原理又有何差异呢?
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t013e7c952db8c6ee8e.jpg)
核电池的转换方式可以分为两类
首先来说说热转换型核电池。它算是起步发展比较早的一类,技术发展相对成熟。从其名字就能看出,它是利用同位素衰变后产生的热能来发电的。
首选的同位素有人工合成的化学元素锔244、锔242以及钚238,这之中大家比较熟悉的应该是钚238,毕竟它是世界上第二个被合成的超铀元素。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t016e384d3549b69cc1.jpg)
钚238是第二个被合成的超铀元素
钚238不仅能够在衰变的过程当中,释放出大量的热量以供发电,其半衰期的年限还特别长,大约为87.74年。这就意味着,从理论上来说,你拥有了一块由钚238制成的核电池,少说也能用几十年,如果爱惜一点,它的寿命甚至比你家房子的产权年限还长。
目前这类电池常用的机制为热离子转换、热光电转换、贱金属热点转换等等,其中热离子的转化效率虽然高达20%,但是用于转换的原料锔244产量比较少,价格十分昂贵,无形中就提升了制造成本。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t018d2a9dc95d7115f9.jpg)
热转换型核电池制造成本昂贵
其次再来看看非热转换型核电池。
这类电池主要依靠同位素衰变放出β粒子来发电。以直接充电式核电池为例,它的基本结构就包括放射源、真空系统、电荷收集装置。工作原理是在真空环境之下,发射源发出β或者α粒子,然后被电荷收集装置捕捉到形成电场。
其实从不同核电池的发电原理来看,之所以有人宣传它能使用1万年甚至更久,主要是根据其中同位素的半衰期长短来判断的。不过虽然核电池的半衰期很久,但是也顶不住一直消耗,所以它的实际使用年限应该还是和“用电量”息息相关。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t0143d18118e8fd2a34.jpg)
核电池使用年限与用电量息息相关
正因如此,目前“能用一万年”还是有些夸张宣传的意味,再者也没有人有那么“长寿”,真的目睹这个电池在1万年后才耗尽电量。
不管怎么说,核电池的寿命对比其他电池来说,都要长的多,目前研发的核电池大多适用于“耗电量”不太大的设备。
此外,想让核电池真正成为人们“梦想中”那种,能够顺利使用千年或者万年的“超级电池”,还需要进一步改进能量转换机制,因为大部分核电池的能量转换效率都太低了,这是一种浪费。至于将核电池推广进行民用,估计还有十分漫长的路要走,毕竟它们的造价实在是太高了。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t01fa2388d376a168b6.jpg)
核电池的造价太过高昂
不知道NDB公司研制出用“核废料”制作的纳米级钻石核电池,能不能依靠廉价的原料,拉低核电池的市场价格。若是价格够低的话,大家还是很乐意买一块来用用的,不求千年万年,哪怕用5到10年也不亏。
那么,若是未来核电池的研制取得了更大的进步,它将会被应用在哪些领域当中呢?
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t01f3b1fd1825a567f0.jpg)
核电池可以应用在哪些领域中?
首先就是航天领域了,这一领域是各国角逐的主要目标。其实将核电池应用于太空探索,不止是看重它寿命长,还有重量轻,以及小、能够经受强烈振动之类的要求。从目前的情况来看,核电池满足了大部分要求。
因此早在旅行者1号进入太空遨游的时候,美国就为它装上了长效RTG核电池。根据资料来看,它的核燃料是以钚238为主的,咱们在上文中提到过,这是热转换型核电池的首选元素。在拥有了这一电池之后,远游长达几十年的旅行者一号,在2025年前依旧能与咱们保持联络。
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t01fbfa0a6152d2fc9e.jpg)
旅行者一号的核电池使其能保持运作至2025年
其次就是在进入民用领域后,核电池可以用在手机、电动汽车之上。在装上核电池后,大家就不用再寻找充电宝和充电桩了,因为有生之年内,电池的电量是消耗不完的。
不知道核电池普及使用的这一天,何时才能到来呢?
![](https://p0.ssl.img.360kuai.com/t01e674cd8fc1179b33.gif)
一旦核电池被普及,或许就不需要充电了
蒯郎邢2118电池的充电原理. -
郜阮从17328098748 ______ 铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中,两极间会产生2V的电力,这是根据铅蓄电池原理,经由充放电,则阴阳极及电解液即会发生如下的变化: (阳极) (电解液) (阴极) PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 ...
蒯郎邢2118电池有什麽原理?
郜阮从17328098748 ______ 一般的电池都是利用的原电池原理,可充电电池还有电解池原理
蒯郎邢2118电池产生电的原理是什么? -
郜阮从17328098748 ______ 在化学电池中,化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果,这种反应分别在两个电极上进行.负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成,如锌、镉、铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等.正极活性...
蒯郎邢2118原电池的结构及原理 -
郜阮从17328098748 ______ 原电池 将化学能转变成电能的装置.所以,根据定义,普通的干电池、蓄电池、燃料电池都可以称为原电池.组成原电池的基本条件是:将两种活泼性不同的金属(或石墨)用导线连接后插入电解质溶液中.电流的产生是由于氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行的结果.原电池中,较活泼的金属做负极(又称阳极),较不活泼的金属做正极(又称阴极).负极本身易失电子发生氧化反应,电子沿导线流向正极,正极上一般为电解质溶液中的阳离子得电子发生还原反应.在原电池中,外电路为电子导电,电解质溶液中为离子导电.利用原电池的原理,可制作干电池、蓄电池、高能电池等. 原电池中,可分为:一次电池,如干电池等一次性使用的;二次电池:可以反复充电使用的的蓄电池等,以及燃料电池.
蒯郎邢2118求解释原电池的原理1.为啥原电池内部电解质溶液中电子是从负极流向正极的,不是电流在电池内部是负极到正极,电子和它方向反一反吗?2.为什么电子沿... -
郜阮从17328098748 ______[答案] 原电池内部电解质溶液中没有流动的电子,电流在内部是负极到正极,正电荷像正极移动,负电荷像负极移动;电子沿导线从负极到正极是因为两电极间有电势差,这是电源的外路,即即外部用功电路,电流方向为电子移动的反方向,能形成回路的...
蒯郎邢2118求详细解释化学原电池原理. -
郜阮从17328098748 ______ 金属锌比较活泼,在水和Zn的接触面上面会发生氧化还原反应,这是在有水的时候,金属会被空气氧化,就是生锈么.Zn - 2e = Zn2+,水中含有一定量的H+ 和 OH- 其中H+期待得到电子,他们会向Zn移动,但是,Zn本身导电性是好过液体的,...
蒯郎邢2118原电池的工作原理 -
郜阮从17328098748 ______ 原电池反应属于放热的反应,一般是氧化还原反应,但区别于一般的氧化还原反应的是,电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的,而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应,电子通过外电路输送到正极上,氧化剂在正极上得电...
蒯郎邢2118电瓶的原理是什么?
郜阮从17328098748 ______ 铅酸蓄电池的内部是铅板和硫酸
蒯郎邢2118电瓶的工作原理是什么?
郜阮从17328098748 ______ 铅酸蓄电池的内部是铅板和硫酸,之所以能放电,就是因为铅跟硫酸反应能放电. 但是,化学反应要有一定的时间,而且,由于铅板比较致密,硫酸是在海绵一样的隔离板中的,所以反应更慢. 蓄电池的内部结构决定了要想充满电最好是连续充电16个小时.当然,你不可能每天有这么长的充电时间,但你也不可能每天都把电用完不是? 所以,我建议:每天使用完后,立即充电,也就是说,不用的时候就充电. 因为如果放完电以后,长时间不充,会出现不可逆硫酸盐化,这样,电池就坏啦,以后再也充不满了.
蒯郎邢2118锂电池的基本原理和特性? -
郜阮从17328098748 ______ 一、发展及分类 “锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池. 锂电池最早期应用在心脏起搏器中.锂电池的自放电率极低,放电电压平缓等优点,使得植入人体的起搏器能够长期运作而不用重新充电.锂...