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心理学认为:好奇心是个体遇到新奇事物或处在新的外界条件下所产生的注意、操作、提问等行为的一种心理倾向,它是个体学习和寻求知识的内在动机。可见,好奇心是人类进步的原动力。而对咱们Geek来说,更是如此。手表为什么会走?电灯为什么会亮?收音机为什么会响?风扇为什么会转?……诸如此类问题,估计童鞋们小的时候都很好奇。尽管我们在探寻真相的过程中大都被老爸老妈手中的叉棍、衣架、扫把等各色兵器修理过,但依然不折不挠,勇往直前。现在我们都长大了,回想起当年那些疑问,有一些已经明了,而有一些却还是不清不楚,比如电池。从孩提时代起,电池就是我们生活中普通得不能再普通的东西了,但不知你注意到没有,不管是哪种电池,它的外包装上一定都印有一句话:“请不要将电池投入火中”。那么,这究竟是正儿八经的警告还是危言耸听的忽悠呢?让人没想到的是,这个问题在编辑部一提出,便引发了众人的热烈讨论,大家纷纷忆苦思甜,但大都似是而非,谁也说服不了谁。比如某卡就说自己烧过电池的,啥事也没有。而阿臻则表示自己听隔壁邻居三舅子姑妈侄儿媳妇娘家小姨子的外甥说过,电池一烧就爆,大家要珍惜生命,让电池远离火堆。淡定的老朱则说既然人家电池厂说了别烧,就说明不能烧……。鉴于大家自说自话,最后大家一致决定,做一次实验。毕竟口说无凭,实践才能出真知嘛!是骡子是马,拉出来溜溜就知道了。
测试材料和设备
本着节约就是赚的原则,各实验用品由编辑们自行提供。于是大家纷纷表示自己要捐出5或7号电池,显然,这两种电池大家都有,而且捐了也不心疼。考虑到大家的捐助都有明显的倾斜性,最后这个问题通过古老的抓阄仪式得以解决。
AA碳性电池1节——由淡定的老朱从无线鼠标里拿出来。这东西名字听上去虽然挺洋气,但实际上就是我们平时说的干电池。这玩意的性价比“灰常灰常”高(几块钱就能买上四节还额外送两节),再加上它又属于一次性的产品,因此跟其他电池相比有着巨大的数量优势,在咱们的日常生活中使用电池的场合里基本上都少不了它的身影,是广大人民群众最为喜闻乐见的东东。当然,干电池的缺点也同样明显,那就是续航能力实在有限,往往一对新电池装进相机里拍几张就没电了,相当杯具。不过相对于它的价格,你还有什么好抱怨的呢?
AA碱性电池1节——由阿臻从家里的遥控器里拿来。碱性电池也是干电池的一种,它就是为解决普通干电池续航时间短的缺陷而诞生的。这种电池的内阻比较低,所以它产生的电流、放电量和使用时间相对于普通干电池来说都有大幅提高,可谓是碳性电池的升级版。当然,在性能升级的同时它的价格也升级了,而且升级得很厉害,所以性价比还是和碳性电池保持同一个数量级。
AA镍氢电池1节——由地主从淘汰的废旧物品箱里找出来(这家伙全换eneloop了)。碱性电池好是好,就是太贵烧不起,于是就有人发明了可以充电的电池,而镍氢电池毫无疑问正是如今可充电池家族中的代表。镍氢电池的优点主要有两个:一是可以反复充电(废话);二是兼容性好,干电池能用的地方这玩意都能用。但它的缺点也有两个:一是价格贵,很贵,非常贵:二是存在记忆效应,使用不当就会造成电池寿命不可逆的折损。不过总的来说,在镍氢电池强悍的单次使用成本面前,神马缺点都是浮云……
手机锂电池1块——由某卡提供,谁叫这厮曾经拥有一部双电双充的山寨机呢。如果把前头那些电池的各种优点综合到一块,就成了锂电。锂电其实是锂电池、锂离子电池和锂聚合物电池的统称,不过由于锂离子电池是现在的绝对主流,所以咱们平时说起锂电指的都是它。锂电的能量存储密度高,使用寿命长,额定电压高,输出功率大,重量轻,温度适用范围宽。基于这种种优点,所以现在咱们的手机、DC、MP3、本本之类的数码产品大都用的是锂电。不过杯具的是,经常爆出电池爆炸消息的也是这个玩意。
纽扣电池1粒——由裘德提供,这家伙真是财大气粗,不知道从哪儿找出一盒银锌型的纽扣电池来。顾名思义,它长得跟纽扣差不多。别看纽扣电池体格娇小,对各种微型电子产品来说,它可是绝对的老大。家用烧烤架1个。是的,这就是我们用来“拷问”电池们的刑具。
烧烤木炭若干。烧烤怎么能没有木炭?灭火器1个。咱们只是弄个测试,犯不着赔上身家性命吧?安全第一,安全第一!
测试过程
咱们的这个电池烧烤实验很简单。首先找个空旷无人的室外空地,架上烧烤炉,填上木炭,点上火,再把电池在烧烤架上放好(由于纽扣电池体积很小,所以童鞋们摆放的时候可得小心别掉下去了),然后迅速退到安全距离。由于参与测试的众人都无比希望自己能看见明天的太阳,再加上有5种不同类型的电池,所以需要烧烤5次。大家轮流拍摄搞不好《Geek》的大半壁江山都得进医院,所以咱们放弃了在测试过程中拍照的打算,大家都躲得远远的,同时感叹还是生命最可贵啊!当然,咱们还是要提醒一句,如果有Geek打算自己这样玩,安全措施一定要弄好,不怕一万,就怕万一!
结果分析
测试结果一目了然,三个发生爆炸,一个烈火焚身,剩下的一个也是面目全非,看来电池厂商的警告的确不是乱忽悠人的。为什么会出现如此火爆的场面呢?为什么相同的过程却有不同的结局呢?这一切,都还得从几种电池的内部结构说起。不过在开始之前,咱们最好先了解了解“爆炸”这个现象的原理。所谓爆炸,是物质一种非常迅速的物理或化学变化过程,在这个变化过程中会迅速放出巨大的热量和大量的气体;由理想气体的状态方程PV=nRT(R为气体常数)可知,对一个有限空间(也就是体积v恒定)来说,当n(气体的物质的量,也就是气体的多少)和T(体系的热力学温度)增加时,该体系的压强P也会升高,从而对爆炸点周围的物体产生强大的压力,最终形成爆炸。OK,有了这个基础,我们接着往下分析。
首先看碳性电池。这种电池属于化学电源中的原电池(TIPS:原电池是一种将化学能不可逆地转化为电能的装置,它利用两个电极之间金属性的不同而产生电势差,从而使电子的流动形成电流)。如果我们把碳性电池剖开,就可以看到它肚子里的乾坤:在中间插着的是一根碳棒,这是电池的正极:在碳棒的外头还包着一层黑乎乎的东西,这是石墨和二氧化锰(MnO2)的混合物,它们同样属于正极材料;在正极的外面包着一层纤维网,而在网上涂有一层很厚的糊糊,这个恶心的玩意其实是电解质糊,主要成分是氯化氨(NH4CI)溶液和淀粉。此外还有少量的防腐剂;而电池的外壳是用金属锌(Zn)皮做的圆筒,它也是电池的负极(当然了,佛靠金装人靠衣装,所以一般在电池最外面还有一层用作保护和印刷的塑料包装皮)。试想,当可怜的 电池在烈火上饱受煎熬的时候,它肚子里的这些东西当然不会安分。比如氯化氨,这玩意相当不淡定,稍微一受热就会分解(NH4CI=NH3+HCI),而产生的大量氨气(NH3)和氯化氢(HCI)气体全都挤在一个巨狭小无比的壳里;再加上二氧化锰(这是一种强氧化剂,本身虽然不燃烧,但却有助燃之功效)这个家伙在一旁火上浇油,所以由前面介绍的爆炸原理可知,这种情况想不发生爆炸都难啊!于是乎,在一声巨响后,哥圆满了……
第二个上刑场的是碱性电池,还好,它没爆,不愧是碳性电池的升级版。Why?虽然碳性电池和碱性电池同属锌-锰体系的电池,但二者的内在却不一样。碱性电池增大了正负极间的相对面积;而且把电解质溶液用高导电性的氢氧化钾(KOH)溶液替代了传统的氯化铵溶液:同时还把负极材料锌由原来的片状改成了粒状,这显然可以增大负极的有效反应面积;再加上其外壳也升级为了钢筒,所以相对于碳性电池,碱性电池不但在电性能方面有很大提高,在安全性能上更是不可同日而语。因为氢氧化钾的化学性质和热稳定性都非常好,不会像氯化铵那样一受热就分解,而且钢壳的耐冲击性也比传统的锌皮要好,再加上碱性电池顶部一般都特制的泄压孔,所以没发生爆炸是在情理之中。但后来的起火现象则多少有些出乎意料了,据咱们估计,这可能都是二氧化锰惹的祸吧。
第三个上场的镍氢电池表现更为给力,好歹留了个全尸,它也用自己短短的一生充分证明了“内在决定外在”的无比正确性。镍氨电池以氢氧化镍(Ni(OH)2)作为正极,储氢合金(TIPS:也就是可以吸附氢原子的合金,一般为AB5结构,其中A是稀土元素的混合物(有些还要加上钛(Ti)):B则是镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铝(A1)等金属,如现在最常用储氢合金就是LaNi5)作为负极,氢氧化钾溶液做电解质。在镍氢电池里,正负两极用隔膜纸分开并卷绕在一起,然后用顶盖和密封圈将其密封在钢壳中。跟碱性电池一样,镍氢电池的电极材料和电解液也都是情绪稳定的好同志,受热依然能保持冷静,而且它也有钢壳+泄压孔设计,所以最后虽然因为高温的缘故而在电池顶部有些许变形,但基本上也可算是善始善终了。虽然手机电池爆炸伤人的新闻已经不是什么新闻了,但是这块由某卡赞助的杂牌山寨锂电爆炸时的巨响依然让众人心有余悸(以至于大家中午集体FB了一把,以告慰无数被吓死的细胞)。这也难怪,因为锂电本身就是一个小炸弹。它的正极一般由钴酸锂(LiCoO2)和铝箔组成,负极则是采用石墨和铜箔,二者由一种非常精细而且渗透性很强的聚乙烯薄膜以螺旋绕制的结构隔开来:电池内部充满了诸如高氯酸锂(LiCIO4)之类的有机电解质溶液:除了基本的三大件,锂电一般还装有安全阀和PTC元件(保护电池在不正常状态或输出短路时不受损坏)。童鞋们都知道,锂(Li)是一种灰常灰常活泼的元素,它在室温条件下都能跟空气中的氮气和氧气发生强烈的化学反应。由此不难想像,把一个如此暴躁的家伙和易燃的有机溶液一起关在几百度高温下的狭小外壳里会是怎么样
个干柴烈火的画面。虽然国家规定手机电池必须具备安全泄压阀装置,不过很显然咱们的这块电池的安全阀只是聋子的耳朵——摆设。所以,当小编们看到那块倒霉的锂电在烈焰的炙烤下慢慢肚子鼓了起来,然后……就没有然后了。
最后出场的纽扣电池是裘德友情提供的,这种纽扣电池属于银锌型。看着它迷你的身躯,大家都觉得这应该不会有多大问题吧——但最后它还是爆了,虽然不如锂电那么振聋发聩,但也足以让众小编们大跌眼镜。银锌电池的正极为氧化银(Ag2O),负极是金属锌粉,电解液是氢氧化钾溶液。银锌电池的外壳是不锈钢的,在正极与负极之间有一个密封环,这个密封环是用尼龙制成的,它除了起绝缘的作用外,还能阻止电解液泄漏。虽然看上去很安全,但是这粒电池还是可耻地挂了,究其原因,可能是它没有泄压阀设计的缘故吧……
虽然这次测试的结果有好有坏,但是我们还是能看出一些大型电池公司对电池的安全防护技术方面的重视,而咱们现在用的电池大多数也还是很安全的,但是为了安全起见,请童鞋们不要把电池扔到火里!
后记
《Geek》编辑部里全是数码狂人,所以锂电占据着大半江山。BBQ实验结束后,众人纷纷表示鸭梨很大,并质疑由于测试电池是某卡提供的山寨产品,不具有普遍性,一致要求用原装正品电池重新测试。迫于群众的压力,某卡只好交出了自己的MOTO原电。
一番忙碌准备后,这块可怜的电池躺在了火炉上。没多久,它的外包装塑料皮开始融化,电池出现微微膨胀的现象。这时,小编们的心也随着电池的膨胀开始纠结起来——因为有前车之鉴,所以大家一方面准备接受随时可能来临的巨响,一方面又对爆炸的震撼场面有些期待……时间一分一秒的过去,炭火不仅炙烤着电池,也炙烤着众小编的耐性。突然,随着“哧”的—声轻响,电池迅速从大肚子变回了原态。没有爆炸的巨响,没有四射的弹片,只是电池外表皮已经融化得面目全非。于是,大家默默地闪人,只留下某卡和她的电池在风中凌乱……
测试材料和设备
本着节约就是赚的原则,各实验用品由编辑们自行提供。于是大家纷纷表示自己要捐出5或7号电池,显然,这两种电池大家都有,而且捐了也不心疼。考虑到大家的捐助都有明显的倾斜性,最后这个问题通过古老的抓阄仪式得以解决。
AA碳性电池1节——由淡定的老朱从无线鼠标里拿出来。这东西名字听上去虽然挺洋气,但实际上就是我们平时说的干电池。这玩意的性价比“灰常灰常”高(几块钱就能买上四节还额外送两节),再加上它又属于一次性的产品,因此跟其他电池相比有着巨大的数量优势,在咱们的日常生活中使用电池的场合里基本上都少不了它的身影,是广大人民群众最为喜闻乐见的东东。当然,干电池的缺点也同样明显,那就是续航能力实在有限,往往一对新电池装进相机里拍几张就没电了,相当杯具。不过相对于它的价格,你还有什么好抱怨的呢?
AA碱性电池1节——由阿臻从家里的遥控器里拿来。碱性电池也是干电池的一种,它就是为解决普通干电池续航时间短的缺陷而诞生的。这种电池的内阻比较低,所以它产生的电流、放电量和使用时间相对于普通干电池来说都有大幅提高,可谓是碳性电池的升级版。当然,在性能升级的同时它的价格也升级了,而且升级得很厉害,所以性价比还是和碳性电池保持同一个数量级。
AA镍氢电池1节——由地主从淘汰的废旧物品箱里找出来(这家伙全换eneloop了)。碱性电池好是好,就是太贵烧不起,于是就有人发明了可以充电的电池,而镍氢电池毫无疑问正是如今可充电池家族中的代表。镍氢电池的优点主要有两个:一是可以反复充电(废话);二是兼容性好,干电池能用的地方这玩意都能用。但它的缺点也有两个:一是价格贵,很贵,非常贵:二是存在记忆效应,使用不当就会造成电池寿命不可逆的折损。不过总的来说,在镍氢电池强悍的单次使用成本面前,神马缺点都是浮云……
手机锂电池1块——由某卡提供,谁叫这厮曾经拥有一部双电双充的山寨机呢。如果把前头那些电池的各种优点综合到一块,就成了锂电。锂电其实是锂电池、锂离子电池和锂聚合物电池的统称,不过由于锂离子电池是现在的绝对主流,所以咱们平时说起锂电指的都是它。锂电的能量存储密度高,使用寿命长,额定电压高,输出功率大,重量轻,温度适用范围宽。基于这种种优点,所以现在咱们的手机、DC、MP3、本本之类的数码产品大都用的是锂电。不过杯具的是,经常爆出电池爆炸消息的也是这个玩意。
纽扣电池1粒——由裘德提供,这家伙真是财大气粗,不知道从哪儿找出一盒银锌型的纽扣电池来。顾名思义,它长得跟纽扣差不多。别看纽扣电池体格娇小,对各种微型电子产品来说,它可是绝对的老大。家用烧烤架1个。是的,这就是我们用来“拷问”电池们的刑具。
烧烤木炭若干。烧烤怎么能没有木炭?灭火器1个。咱们只是弄个测试,犯不着赔上身家性命吧?安全第一,安全第一!
测试过程
咱们的这个电池烧烤实验很简单。首先找个空旷无人的室外空地,架上烧烤炉,填上木炭,点上火,再把电池在烧烤架上放好(由于纽扣电池体积很小,所以童鞋们摆放的时候可得小心别掉下去了),然后迅速退到安全距离。由于参与测试的众人都无比希望自己能看见明天的太阳,再加上有5种不同类型的电池,所以需要烧烤5次。大家轮流拍摄搞不好《Geek》的大半壁江山都得进医院,所以咱们放弃了在测试过程中拍照的打算,大家都躲得远远的,同时感叹还是生命最可贵啊!当然,咱们还是要提醒一句,如果有Geek打算自己这样玩,安全措施一定要弄好,不怕一万,就怕万一!
结果分析
测试结果一目了然,三个发生爆炸,一个烈火焚身,剩下的一个也是面目全非,看来电池厂商的警告的确不是乱忽悠人的。为什么会出现如此火爆的场面呢?为什么相同的过程却有不同的结局呢?这一切,都还得从几种电池的内部结构说起。不过在开始之前,咱们最好先了解了解“爆炸”这个现象的原理。所谓爆炸,是物质一种非常迅速的物理或化学变化过程,在这个变化过程中会迅速放出巨大的热量和大量的气体;由理想气体的状态方程PV=nRT(R为气体常数)可知,对一个有限空间(也就是体积v恒定)来说,当n(气体的物质的量,也就是气体的多少)和T(体系的热力学温度)增加时,该体系的压强P也会升高,从而对爆炸点周围的物体产生强大的压力,最终形成爆炸。OK,有了这个基础,我们接着往下分析。
首先看碳性电池。这种电池属于化学电源中的原电池(TIPS:原电池是一种将化学能不可逆地转化为电能的装置,它利用两个电极之间金属性的不同而产生电势差,从而使电子的流动形成电流)。如果我们把碳性电池剖开,就可以看到它肚子里的乾坤:在中间插着的是一根碳棒,这是电池的正极:在碳棒的外头还包着一层黑乎乎的东西,这是石墨和二氧化锰(MnO2)的混合物,它们同样属于正极材料;在正极的外面包着一层纤维网,而在网上涂有一层很厚的糊糊,这个恶心的玩意其实是电解质糊,主要成分是氯化氨(NH4CI)溶液和淀粉。此外还有少量的防腐剂;而电池的外壳是用金属锌(Zn)皮做的圆筒,它也是电池的负极(当然了,佛靠金装人靠衣装,所以一般在电池最外面还有一层用作保护和印刷的塑料包装皮)。试想,当可怜的 电池在烈火上饱受煎熬的时候,它肚子里的这些东西当然不会安分。比如氯化氨,这玩意相当不淡定,稍微一受热就会分解(NH4CI=NH3+HCI),而产生的大量氨气(NH3)和氯化氢(HCI)气体全都挤在一个巨狭小无比的壳里;再加上二氧化锰(这是一种强氧化剂,本身虽然不燃烧,但却有助燃之功效)这个家伙在一旁火上浇油,所以由前面介绍的爆炸原理可知,这种情况想不发生爆炸都难啊!于是乎,在一声巨响后,哥圆满了……
第二个上刑场的是碱性电池,还好,它没爆,不愧是碳性电池的升级版。Why?虽然碳性电池和碱性电池同属锌-锰体系的电池,但二者的内在却不一样。碱性电池增大了正负极间的相对面积;而且把电解质溶液用高导电性的氢氧化钾(KOH)溶液替代了传统的氯化铵溶液:同时还把负极材料锌由原来的片状改成了粒状,这显然可以增大负极的有效反应面积;再加上其外壳也升级为了钢筒,所以相对于碳性电池,碱性电池不但在电性能方面有很大提高,在安全性能上更是不可同日而语。因为氢氧化钾的化学性质和热稳定性都非常好,不会像氯化铵那样一受热就分解,而且钢壳的耐冲击性也比传统的锌皮要好,再加上碱性电池顶部一般都特制的泄压孔,所以没发生爆炸是在情理之中。但后来的起火现象则多少有些出乎意料了,据咱们估计,这可能都是二氧化锰惹的祸吧。
第三个上场的镍氢电池表现更为给力,好歹留了个全尸,它也用自己短短的一生充分证明了“内在决定外在”的无比正确性。镍氨电池以氢氧化镍(Ni(OH)2)作为正极,储氢合金(TIPS:也就是可以吸附氢原子的合金,一般为AB5结构,其中A是稀土元素的混合物(有些还要加上钛(Ti)):B则是镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铝(A1)等金属,如现在最常用储氢合金就是LaNi5)作为负极,氢氧化钾溶液做电解质。在镍氢电池里,正负两极用隔膜纸分开并卷绕在一起,然后用顶盖和密封圈将其密封在钢壳中。跟碱性电池一样,镍氢电池的电极材料和电解液也都是情绪稳定的好同志,受热依然能保持冷静,而且它也有钢壳+泄压孔设计,所以最后虽然因为高温的缘故而在电池顶部有些许变形,但基本上也可算是善始善终了。虽然手机电池爆炸伤人的新闻已经不是什么新闻了,但是这块由某卡赞助的杂牌山寨锂电爆炸时的巨响依然让众人心有余悸(以至于大家中午集体FB了一把,以告慰无数被吓死的细胞)。这也难怪,因为锂电本身就是一个小炸弹。它的正极一般由钴酸锂(LiCoO2)和铝箔组成,负极则是采用石墨和铜箔,二者由一种非常精细而且渗透性很强的聚乙烯薄膜以螺旋绕制的结构隔开来:电池内部充满了诸如高氯酸锂(LiCIO4)之类的有机电解质溶液:除了基本的三大件,锂电一般还装有安全阀和PTC元件(保护电池在不正常状态或输出短路时不受损坏)。童鞋们都知道,锂(Li)是一种灰常灰常活泼的元素,它在室温条件下都能跟空气中的氮气和氧气发生强烈的化学反应。由此不难想像,把一个如此暴躁的家伙和易燃的有机溶液一起关在几百度高温下的狭小外壳里会是怎么样
个干柴烈火的画面。虽然国家规定手机电池必须具备安全泄压阀装置,不过很显然咱们的这块电池的安全阀只是聋子的耳朵——摆设。所以,当小编们看到那块倒霉的锂电在烈焰的炙烤下慢慢肚子鼓了起来,然后……就没有然后了。
最后出场的纽扣电池是裘德友情提供的,这种纽扣电池属于银锌型。看着它迷你的身躯,大家都觉得这应该不会有多大问题吧——但最后它还是爆了,虽然不如锂电那么振聋发聩,但也足以让众小编们大跌眼镜。银锌电池的正极为氧化银(Ag2O),负极是金属锌粉,电解液是氢氧化钾溶液。银锌电池的外壳是不锈钢的,在正极与负极之间有一个密封环,这个密封环是用尼龙制成的,它除了起绝缘的作用外,还能阻止电解液泄漏。虽然看上去很安全,但是这粒电池还是可耻地挂了,究其原因,可能是它没有泄压阀设计的缘故吧……
虽然这次测试的结果有好有坏,但是我们还是能看出一些大型电池公司对电池的安全防护技术方面的重视,而咱们现在用的电池大多数也还是很安全的,但是为了安全起见,请童鞋们不要把电池扔到火里!
后记
《Geek》编辑部里全是数码狂人,所以锂电占据着大半江山。BBQ实验结束后,众人纷纷表示鸭梨很大,并质疑由于测试电池是某卡提供的山寨产品,不具有普遍性,一致要求用原装正品电池重新测试。迫于群众的压力,某卡只好交出了自己的MOTO原电。
一番忙碌准备后,这块可怜的电池躺在了火炉上。没多久,它的外包装塑料皮开始融化,电池出现微微膨胀的现象。这时,小编们的心也随着电池的膨胀开始纠结起来——因为有前车之鉴,所以大家一方面准备接受随时可能来临的巨响,一方面又对爆炸的震撼场面有些期待……时间一分一秒的过去,炭火不仅炙烤着电池,也炙烤着众小编的耐性。突然,随着“哧”的—声轻响,电池迅速从大肚子变回了原态。没有爆炸的巨响,没有四射的弹片,只是电池外表皮已经融化得面目全非。于是,大家默默地闪人,只留下某卡和她的电池在风中凌乱……