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【伏打电池虽然实现了电池有无的问题,但最大的问题是它只能使用一次,不能充电实现重复利用,这就意味着它的使用成本会很高。

随着电池科技的发展,科学家们在1859解决了电池充电的问题,答案就是铅酸蓄电池。

在不断尝试各种电池材料和电解液的过程中,科学家们发现将两块铅板用线路连接并放置在硫酸溶液中,两块铅板与硫酸反应变成硫酸铅。

起初因为都是硫酸铅,不存在电势差也就不能放电。

但是给两块硫酸铅板外接电源之后,其中一块硫酸铅板会被氧化变成二氧化铅,另一块硫酸铅却会变成海绵状铅。

这时两块硫酸铅板的电学性质发生变化,海绵状铅变得容易失去电子,二氧化铅变得容易得到电子,两者之间由此产生电势差,电子开始向二氧化铅流动实现放电。

而最神奇的是,当海绵状铅的自由电子流失完,也就是电池没电了之后,两块铅板又都会重新变成硫酸铅。

这就意味着再次进行充电,两块硫酸铅板又能分别变成海绵状铅和二氧化铅形成电势差。

如此就实现了科学家们心中理想的电池,具备充电和放电可重复利用。

一开始科学家们其实也不知道这其中的原理,是在尝试和改进的过程中不断探索再逐渐理解其原理。

世界上很多开创性科技都是这样,先发现其宏观现象,再通过各种验证实验去探究其原理,然后再利用这个原理去深入挖掘,快速扩展。

而铅酸电池能够实现充电的原理,其实也没有比伏打电池复杂多少。

首先解释在充电时两块一样的硫酸铅为什么会具有不同的电学性质。

这是因为在充电时,整个电路的电子总量其实是不变的,而是电源提供了电压驱使电子流动。

所以在电源的回路中,电子会先流入一端的硫酸铅板,按理两块硫酸铅板构成了回路,所以得到电流的硫酸铅板又会流出电子,让电子继续流经另一块硫酸铅板,最后电子再流回电源形成回路。

可是因为两块硫酸铅板之间并非直接相连,而是彼此隔着作为电解质的硫酸溶液。

硫酸溶液与铅元素形成的配合就是,它允许离子通过使电路形成回路,但又阻止了两块铅之间直接的电子转移。

理解起来就是离子可以承载电子使电路形成回路,可离子承载的不是自由电子,另一块铅板也就无法获得自由电子,反而还要流失电子到电源去。

而电源的电流是从负极流出,再从正极流回。

如此就形成了连接负极的硫酸铅板得到电子充电,由硫酸铅转化生成的铅会以疏松多孔的海绵状结构沉积在负极板上。

而连接正极的硫酸铅板和水会流失电子,发生氧化反应,生成二氧化铅、硫酸根离子和氢离子。

撤去电源,将海绵状铅和二氧化铅相连形成回路后,电池就能实现放电。

这就是铅酸电池的基本结构和原理。

它能够提供较大的放电。

常见的铅酸电池单体额定电压为2V,根据不同设备的电压需求,可以将多个单体铅酸电池串联起来使用,如常见的6V输出电压就是3个单体串联、12V输出电压就是6个单体串联。

像电动摩托车这种自重约一百多千克,时速约六十多公里每小时,续航要达到五六十公里的电器,铅酸电池也完全能够满足其电力需要。

而且它的安全性也足够,即便磕碰破损,也只是其内部的稀硫酸溶液会流出来,人体接触到也不过是皮肤会红肿疼痛,只要不搞到眼睛里洗掉就没事了,远不至于威胁人的生命。

尤其它的成本很低。

铅矿存在广泛,常与铜、锌矿伴生,开采和提炼都不算复杂。

以2025年市场价格为例,铜的价格为七万六千多元每吨,而铅的价格才一万七千元每吨,价格相差近四倍多。

哪怕在生产力较为落后的古代,铅的价格也远比铜要便宜得多。

不过铅酸电池的缺点也比较明显。

它太重了,体积也较大。

这是因为铅的质子数多达八十二个,但只有最外层的四个电子可以成为自由电子被利用。

所以它的能量密度不够,维持一台刚才提到的电动摩托车行驶五六十公里,就需要用全重约五六十斤的铅酸电池。

还是因为可用的自由电子数量少,它的充电速度也不够快,上述重量的铅酸电池充满电通常需要四五个小时。

又因为铅酸电池在充放电过程中会产生热量,导致电解液水分蒸发,以及过充电时也会使水分解为氢气和氧气逸出,导致硫酸溶液浓度升高腐蚀极板,所以一般充电几百到一千次就不行了。

根据这个原因,便需要在感觉到铅酸电池存储电量下降时更换里面的硫酸溶液,以延长使用寿命。

不过腐蚀和老化难以避免,铅酸电池该换时还得换。

于是科学家们便有动力研究比铅酸电池更好的新型电池,而这就是锂电池。】

古代的科研人员们兴奋道:

“那这么看来,这个应用价值很高的铅酸电池要用到的原材料无非就是铅板、稀硫酸、电线,以及包裹铅板和稀硫酸的耐腐蚀外壳。

这些东西我们已经绝大多数都具备了,只要解决了绝缘层,研发出聚氯乙烯或找到橡胶,那我们就能满足制造这种铅酸电池的所有需要!

再配合上技术难度不算高的无刷电动机,那载着人这么重的重量可在半个时辰内飞驰一百多里的电动摩托车我们就也能造出来!!”

“还记得后世那个初见时让我等无不惊叹的电动三轮车吗?

三个轮子,马车一般的身形,却能够驮着好几百斤的粮食在水泥道路上快速驰骋。

如果能造出电动摩托车了,那增加铅酸电池数量提高运力,这样的三轮电动车我们自然也能造出来!

那时天下的商贸运输和农业生产就能迎来天翻地覆的变化!”

一幅越来越接近后世的宏图在他们的脑海中渐渐凝实具现,心中难以言喻的激动如同波涛汹涌。

“如果只要解决电动机和电池就能制造出这样的机器,那么这里面的技术难度,可就比燃烧油能源并以高度精密复杂的结构相配合才能实现动力输出的内燃机可要简单太多太多了。

除了大型远洋船只和飞机难以用自重过大能量密度较低的电池作为能源,其它运力机械几乎都可以用电力替代。

或许我们可以将此当做捷径,从燃料能源领域调整倾注更多资源在电力应用上。

后世的盛景或将比我等预料的更快到来!”

说到这里,科研院的学士们不由得纷纷看向了负责聚氯乙烯的化工组。

压岁随之而来,但这一刻给予他们更多的是那壮怀激烈的使命感……

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