電池是如何工作的

電池中的能量實際上來自哪里？讓我們仔細看看！

這是我的電池連接到手電筒燈泡以構(gòu)成一個簡單的電路。我打開了一個回形針來做一根連接線，我把它夾在電池底部和燈泡側(cè)面之間。如果你仔細看，你會發(fā)現(xiàn)燈泡在發(fā)光。那是因為電子正在穿過它！

陽極和陰極？

現(xiàn)在這是里面發(fā)生的事情。電池的正極端子（在照片中顯示在我左手拇指的正上方，在下面的插圖中顯示為紅色）連接到大部分隱藏在電池內(nèi)部的正極。我們稱之為陰極。外殼和電池底部構(gòu)成負極端子或負電極，在藝術(shù)品中也稱為陽極 ，顏色為綠色。曲別針線在藝術(shù)中由藍線表示。

讓我們快速澄清一點困惑。在學校，你可能知道陰極是負極，陽極是正極？然而，這實際上僅適用于電解 （通過化學物質(zhì)傳遞電流以將其分解）之類的事情。電池就像倒退的電解（它們分解化學物質(zhì)來發(fā)電），所以陽極和陰極這兩個術(shù)語會互換。好的？為避免混淆，我建議最好不要使用陽極和陰極這兩個術(shù)語。最好說“正極端子”和“負極端子”，這樣你的意思就很清楚了，不管你是在談論電池還是電解——或者任何其他有陰極的東西。

化學反應

現(xiàn)在回到我們的電池。正極和負極被化學電解液隔開。它可以是液體，但在普通電池中更可能是干粉。

當您將電池連接到燈并打開時，化學反應開始發(fā)生。其中一個反應在負極產(chǎn)生正離子（此處顯示為大黃色斑點）和電子（較小的棕色斑點）。正離子流入電解質(zhì)，而電子（較小的棕色斑點）繞著外部電路（藍線）流向正極，并使燈在途中點亮。在正極發(fā)生單獨的化學反應，進入的電子與從電解質(zhì)中取出的離子重新結(jié)合，從而完成電路。

由于電池內(nèi)部發(fā)生的化學反應，電子和離子會流動——通常是兩個化學反應同時進行。確切的反應取決于制造電極和電解質(zhì)的材料。（本文進一步給出了一些例子，我們比較了不同類型的電池。如果您想了解更多關(guān)于特定電池的反應，請輸入您感興趣的電池類型，然后輸入“anode cathode”在您最喜歡的搜索引擎中搜索“反應”。）無論發(fā)生什么化學反應，電子圍繞外電路運行以及離子與電解質(zhì)反應（移入或移出）的一般原理適用于所有電池。當電池產(chǎn)生電能時，其內(nèi)部的化學物質(zhì)會逐漸轉(zhuǎn)化為不同的化學物質(zhì)。它們發(fā)電的能力減弱，電池電壓慢慢下降，最終電池電量耗盡。換句話說，如果電池因為內(nèi)部化學物質(zhì)耗盡而無法產(chǎn)生正離子，那么它也無法為外部電路產(chǎn)生電子。

現(xiàn)在你可能會想：“等一下，這沒有任何意義！為什么電子不走捷徑，直接從負極通過電解質(zhì)跳到正極？事實證明，因為電解質(zhì)的化學性質(zhì)，電子不能以這種簡單的方式流過它。事實上，就電子而言，電解質(zhì)幾乎是一個絕緣體：它們無法跨越的屏障。它們最簡單的正極路徑電極實際上是通過外電路流過。