电池的发展史
1.电池的出现
电池是我们日常生活中常见的物品，但它的出现比我们想象的要早得多。1938年，巴格达博物馆馆长在博物馆地下室发现了现在被称为“巴格达电池”的原始电池。分析显示，这块原始电池可以追溯到公元前250年，属于美索不达米亚文明。这块最早的电池引起了很多争议。
真正意义上的现代电池出现在人类世界已有200年的历史。早在1800年，意大利科学家亚历山德罗·伏打就发明了“伏打电堆”。伏打电堆是由许多小单元堆叠在一起构成的，每个单元都有一块铜板和一块锌板，中间用一块浸过盐水的布隔开。每个小单元都能产生0.76伏（V）的开路电压。将这些小单元串联起来，就能得到等于每个小单元电压总和的电压。
1836年，丹尼尔电池被发明（锌铜原电池，如今已不再使用）。如今我们生活中常用的碱性电池、铅酸电池、锂电池等电池，都和古老的伏打电堆有着相同的工作原理：通过氧化还原反应，将储存在其中的化学能转化为电能。当化学反应开始时，会释放出额外的电子，电池开始放电。
2. 原电池
有些电池在产生电流后就不能再逆转了。这些电池被称为原电池。当其中一种反应物消耗完后，电池就不能再使用了。最常见的原电池是碳锌电池。如果电解液是碱性的，电池的使用寿命会更长。这些就是我们通常在超市购买的碱性电池。我们在日常生活中会用到碱性电池。处理原电池的困难在于我们无法通过再次充电来回收它们。在电池体积庞大、频繁更换电池在商业上不可行的今天，回收变得越来越重要。
1878年法国的L.梅西耶用含铂的多孔碳电极代替锌锰电池中的二氧化锰碳包，发展了锌空气干电池技术；1883年发明了氧化银电池，1888年锌锰干电池开始商品化；1949年公司开发出微型碱性锌锰干电池，使一次性电池的容量和放电功率大大提高；
碱性电池又称碱性干电池，是应用最为广泛的一次电池。碱性电池采用电解二氧化锰制成环状正极，用锌粉和添加剂配置的锌糊作为负极。由于电解液的导电性强，正负极材料的表面积远优于碳性电池，加上强碱性条件下锌锰体系电化学反应的促进，碱性电池的输出功率和容量远优于碳性电池。与碳性电池相比，碱性电池更适合大功率的电器。但随着数码技术的发展，很多电器都是耗电大户，比如高亮度的LED手电筒、手电筒等，这些电器往往使用大电流，普通的碱性电池可能无法应付。
3. 可充电电池
有些电池在产生电流后是无法逆转的，我们称这类电池为原电池。当其中一种反应物被消耗掉后，电池就无法再使用。一次性电池的电化学反应是不可逆的，也就是说将化学能转化为电能的过程是单行道。一旦电量用完，电池就没用了。我们能拥有可重复使用的电池吗？
这种“日益增长”的需求，最终促成了世界上第一块可充电电池——铅酸电池的诞生。它是由法国物理学家加斯通·普兰特（ Planté）于1859年发明的。充电电池利用的是可逆电化学反应，只要外加电压改变电子流动方向（从正极流向负极），电池两极就会发生放电方向相反的化学反应，仿佛“返老还童”，最终给电池重新充电。铅酸电池是迄今为止已知的最耐用的电池之一。直到今天，人们用来启动汽车发动机的电池仍然是铅酸电池。铅酸电池的负极和正极分别由海绵铅和二氧化铅制成，电解液是稀硫酸。它能提供很大的电流，价格也不贵，但就是体积有点太大了。
早期的电池都是使用以水为溶剂的电解液，例如稀硫酸。在这种情况下，负责维持电池内电荷平衡的正是氢离子。但使用水系电解液的电池所能达到的最大工作电压只有2伏左右。如果想要得到更高的电压，输出更大的电量，就得使用非水系电解液，并找到正离子来取代氢离子。1899年，镍镉、镍铁电池的发明，让采用镍正极材料的电池进入人们的视野，并延续到今天的镍电池家族（镍镉、镍氢、镍锌等）；1947年，镍镉电池实现了密封，让镍镉干电池成为可能；现在的应用——例如手机、笔记本电脑等，一直追求的目标都是在尽可能小的空间内储存尽可能多的能量。 此后，研究人员不断探索和发明利用其他化学反应的充电电池，如镍镉电池、镍氢电池、锂电池等，它们的能量密度更高、体积更小，可用来为各种小型电子设备提供电力。
3.锂离子电池
其实在20世纪初期就有人开始提出锂电池的概念，因为锂比较轻，可以提供3V的电压，而铅酸电池只有2.1V，碳锌电池只有1.5V。1958年又有人提出使用有机电解液作为锂原电池的电解质，由此带来了多种一次性锂电池的实际应用，包括锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池、锂二硫化铁电池等。
1980年，美国物理学教授约翰发明了一种新型锂电池。在这种锂电池中，锂可以以电池内锂离子的形式在两个电极之间穿梭。锂作为第三元素，相对原子质量只有6.9；它质轻体积小，在电解液中比其他大离子更容易移动。锂是元素周期表中最轻的元素之一，具有极强的电化学势。这两个优点使它能在最小的体积内提供最高的电压。经过多年的优化，商业化的可充电氧化锂钴离子电池于20世纪90年代初由索尼公司推出。
锂离子电池负极采用石墨，正极采用钴酸锂，电解液采用含锂盐的有机溶剂（如六氟磷酸锂）。放电时，嵌在石墨负极中的锂被氧化进入电解液，跑到正极嵌入钴酸锂的晶格间隙中，形成钴酸锂；充电时，锂从钴酸锂中脱嵌出来，滑回到石墨中，如此循环往复。这样的电池工作电压可达3.7伏以上，能量密度大大提高。
但俗话说，金无足赤，尽管锂离子电池取得了巨大的成功，但也不可避免地存在缺陷，比如价格高、容量损失大，最严重的问题就是安全性不高。锂离子电池电解液使用的有机溶剂非常易燃。虽然我们可以通过添加添加剂、改进电池设计等方式来提高电池的稳定性，但这并不是长久之计。
4. 未来电池
原则上，只要用另一种X离子代替锂离子，并找到匹配的电极和电解液，就能得到“X离子电池”。在众多的“X”候选者中，铝的优势很明显：它比锂便宜，化学性质更稳定，而且每个铝原子在反应过程中可以释放3个电子，似乎是个不错的选择。
然而，铝离子电池的研发之路并不平坦，最大的困难在于找到合适的正极材料和电解液。在之前的研究中，正极材料在充放电过程中经常发生不可逆的结构破坏，能够有效参与反应的部分越来越少。最终导致电池容量迅速下降，使用寿命仅有几十次循环——这显然不能满足人们的需求。
但无论如何，铝离子电池在使用寿命、功率密度和安全性等方面仍然具有优越的表现。如果未来能够降低生产成本，它们将非常适合用于对能量密度要求不高的场合。例如在电网储能系统中，它们可以为太阳能、风能等可再生能源储存能量，也可以作为大型家用电池，在停电时为电动汽车充电或为电器供电。
一旦科学家能研发出比泡沫石墨更好的正极材料，进一步提高铝离子电池的工作电压，其应用领域将更加广泛。随身听已经没落，MP3 也即将没落。科技产品一代一代地从我们的生活里出现又消失，但电池和研究电池的人却一直在。未来什么样的电池会让我们惊喜？给设备充电，拭目以待吧。