电池

电池是由一个或多个具有外部连接的电化学电池组成的装置，用于为灯泡、手机和电动汽车等电器供电。当电池提供电能时，其正极端子是阴极，负极端子是阳极。 负极端子是通过外部电路流向正极端子的电子源。当电池连接到外部电负载时，氧化还原反应将高能反应物转化为低能产物，自由能差作为电能连接到外部电路。 从历史上看，“电池”一词特指多细胞设备，但其用途已发展到包括单电池设备。

原电池（一次性或“一次性”）使用一次即可处理，电极材料在放电过程中不可逆地发生变化;一个常见的例子是灯泡和大量便携式电子设备中使用的碱性电池。二次（可充电）电池可以使用所施加的电源多次放电和充电;电极的原始配置可以通过反向电流恢复。例子包括用于车辆的铅酸电池和用于便携式电子设备（如笔记本电脑和手机）的锂离子电池。

电池有多种形状和尺寸，从用于操作助听器和手表的微型电池到智能手机中使用的小型薄电池，再到车辆中的大型铅酸电池或锂离子电池，在最极端的情况下，还有用于腔室大小电池的大型电池，为电话交换机和计算机数据中心提供备用或应急电源。

电池的比能量（每单位质量的能量）比汽油等普通燃料低得多。在汽车中，与内燃机相比，电动机在将电能转化为机械功方面的高效率在一定程度上弥补了这一点。 2500多年前，希腊科学家泰勒斯（约公元前624年-约公元前546年）通过用琥珀擦拭一块布来产生简单的电流闪光，琥珀是一种由早已枯死的树木的汁液制成的黄色树脂。

电池将化学能直接转化为电能。在许多情况下，发射的电能是发生电化学反应的金属、氧化物或分子的内聚能或键合能的差异。 例如，能量可以储存在 Zn 或 Li 中，它们是高能金属，因为它们与过渡金属不同，通过 D 电子键不稳定。电池的设计使得只有当电子穿过电路外部时，才能强烈地发生合适的氧化还原反应。

电池由许多伏打电池组成。每个电池由两个半电池组成，通过含有金属阳离子的导电电解质以链形式连接。电池的一半包含电解质和负极，阴离子（带负电荷的离子）迁移到该电极;电池的另一半包含电解质和正极，阳离子（带正电的离子）迁移到其中。阳离子在阴极被还原（电子被添加），而金属原子在正极被氧化（电子被去除）。 一些电池对每个半电池使用不同的电解质;然后使用隔膜来防止电解质混合，同时允许离子在半电池之间流动以完成电路。

电池端子上产生的电压取决于电极和电解质化学反应的能量释放。碱性电池和锌碳电池具有不同的化学物质，但几乎相同的1.5V电动势;同样，镍镉和镍氢电池具有不同的化学物质，但几乎相同的1.2V电动势。 锂化合物反应中的高电化学势变化使锂电动势电池具有 3 伏或更高的电压。

电池爆炸通常是由误用或故障引起的，例如试图为一次（不可充电）电池充电或短路。当电池以过高的速率充电时，氢气和氧气的爆炸性气体混合物的产生速度可能比从电池内部逸出的速度更快（例如通过内置通风口），导致压力积聚并最终导致电池状态爆炸。在极端情况下，电池化学品可能会从外壳中猛烈飞溅并造成伤害。过度充电（即试图将电池充电超过其电容量）也可能导致电池爆炸，以及泄漏或无法修复的损坏。这也可能会损坏充电器或设备，以便以后使用多余的电池。

当电路产生过大的电流时，汽车电池更容易爆炸。这些电池在过度充电时会产生具有高度爆炸性的氢气（由于电解液中的水）。在正常使用过程中，过充量通常很小，产生的氢气很少，氢气会迅速消散。然而，当汽车“快速启动”时，大电流会导致大量氢气迅速释放，这些氢气可能会被附近的火花爆炸性点燃，例如当连接电缆断开时。通过燃烧处理电池可能会导致电池爆炸，因为蒸汽积聚在封闭的外壳内。

近年来，使用锂离子电池的设备召回变得越来越普遍。这是对报告的事故和故障的响应，有时是点火或爆炸。该问题的专家总结表明，这种类型使用“液体电解质在阳极和阴极之间传输锂离子。如果电池充电太快，可能会导致短路，导致爆炸和火灾。

许多电池化学品具有腐蚀性、毒性或两者兼而有之。如果发生泄漏，无论是自发的还是通过事故发生的，排放的化学物质都可能很危险。例如，一次性电池通常使用锌“罐”作为反应材料和盛放其他试剂的容器。如果这种类型的电池过度放电，试剂可能会通过构成容器其余部分的纸板和塑料排出。然后，活跃的化学品泄漏可能会损坏或禁用由电池供电的设备。出于这个原因，许多电子产品制造商建议从相对较长时间不使用的设备中取出电池。

许多类型的电池使用铅、汞和镉等有毒物质作为电极或电解质。当每个电池过期时，必须将其处理掉，以防止对环境造成破坏。 电池是电子垃圾（e-waste）的一种形式。电子废物回收服务回收有毒物质，然后可用于新电池。 在美国每年购买的近 30 亿个电池中，约有 179,000 吨最终进入全国各地的垃圾填埋场。

在美国，1996年的《汞充电电池管理法》禁止销售含汞电池，对可充电电池制定了标准化标签要求，并要求可充电电池易于拆卸。 加利福尼亚州和纽约市禁止在固体废物中处理可充电电池，缅因州要求回收手机。 可充电电池行业在美国和加拿大开展全国性回收计划，并在当地零售商处设有投放点。 欧盟的电池指令包括类似的要求，以及增加电池回收和加强对改进电池回收方法的研究的需求。 根据该指令，所有在欧盟境内销售的电池都必须标有“组代码”（带有打叉轮子的容器）。这应该至少覆盖棱柱形电池表面的 3% 和圆柱形电池表面的 1.5%。所有包裹的标记必须类似。