发现：我的能量源原来是电池！

化学电源是电源中的一种，在移动机器人领域中用得较多，其核心组成部分是化学电池（简称电池），是一种直接把化学能转变成低压直流电能的装置。说到化学电源其实就是指电池。图2-1所示太极图可以很好地解释什么是电池。由该图可知，最外面的圆圈是电池壳；阴阳鱼是两个电极，白色是阳极，黑色是阴极；它们之间的“S”分界线是电解质隔膜；阴阳鱼头上的两个圆点是电极引线[127]。用导线将电极引线和外电路连接起来，就有电流通过（放电），从而获得电能。放电到一定程度后，有的电池可用充电的方法使活性物质恢复，从而得到再生，又可反复使用，称为蓄电池（或二次电池）；有的电池不能充电复原，则称为原电池（或一次电池）。电池具有性能可靠、使用方便、便于携带，且其容量、电流和电压可在相当大的范围内任意组合等许多优点，因而在通信、计算机、家用电器和电动工具等方面以及军用领域都得到了广泛的应用[128]。

21世纪以来，电池与能源的关系越来越密切。众所周知，能源与人类社会的生存和发展密切相关。持续发展是全人类的共同愿望与奋斗目标。但地球上的矿物资源经过人类长期竭泽而渔的开采，已经所剩无几，很快就将枯竭，这既是大家的共识，也是人们的担忧所在。我国是一个能源资源并不丰富的国家，石油储量不足世界的2%，仅够再用40余年；即使是占我国目前能源构成70%的煤矿，也只够用100余年。我国的能源形势十分严峻，能源安全面临严重挑战。尤其令人担心的是，矿物燃料燃烧时，要释放出大量的SO2、CO、CO2、NO等，这些物质对环境十分有害，遗患无穷。

随着世界各国能源消耗量的增长，全球CO2的释放量也在快速增加，这是地球气候变暖的重要原因，会对全球生态环境造成严重的破坏，危及人类的生存[129]。在21世纪里，解决日趋严重的能源短缺问题和日益加剧的环境污染问题，是全球科学技术界面临的最大挑战，也是对电池发起的挑战。因为各种高能电池和燃料电池在解决人类社会面临的上述难题中将发挥极其重要的作用[130]。

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图2-1　电池工作原理图　（太极图）

为了降低石油和煤炭的使用量，减轻城市和乡村遭受的污染，发展电动车等各种采用电池供电的用电设备是当务之急，而它们的关键就是电池，且最好是可以反复充电、多次使用的储能电池。现有的可充电电池有铅酸电池、镉镍电池（Cd/Ni）、金属氢化物镍电池（MH/Ni）和锂离子电池等。这些储能电池有两方面的意义：一方面是可以更有效地利用现有能源；另一方面是可以开发利用新能源。目前，电网的负载有高峰和低谷之分，有效储存和利用低谷电，对于能源短缺的我国来说实在太重要了。在储存低谷电的多种方案中，用电池储能是最可取的。当前，我国许多地方都在大力发展太阳能和风能等新能源，由于太阳能和风能都是间隙能源，有风、有阳光时才能发出电来。为了防止在供电上出现缓不济急的现象，对于广大农村和社区来说，用电池来储存人们利用太阳能和风能发出的电量，构建分散能源，以保随时用电之需，将是最好的解决方案。

正因为电池在国民经济中起着越来越重要的作用，我国的电池工业发展十分迅速。目前，国内每年生产的各种型号电池达到120亿只，占世界电池产量的1/3，为世界电池生产第一大国[131]。我国已经成为世界电池的主要出口国，锌锰电池绝大部分出口；镍氢电池一半以上出口；铅酸电池，特别是小型铅酸电池的出口量增长也很大；锂离子电池的世界市场已呈日、中、韩三足鼎立之势。