到底什么是电池中的阳极和阴极,为什么那么重要?
电池无非是一种介质,其中电子从一端移向另一端。电子这样移动之时,就是在充电或放电之时。你要么是用电池中的能量给无论什么电器供电,要么是将能量存储于电池中以备后用。忘掉所有那些复杂的技术术语和量度,你只需要知道这么多就OK了。
阳极和阴极只是两个用来描述电子流出和进入电池位置的名称。
世界上所有的事物中都含有电子,所有的事物中在某个时间点都含有过多或过少的电子,就像电池一样。甚至我们人类自身有的时候也像一个电池。任何一个头发竖起来的人,任何一个从牛栅栏(国外的牛栅栏围有电网——译者注)或另一个人那里受到电击的人,都知道电子在身体里突然流过时是什么感觉——会对人造成伤害。
电池就存在于我们周围,我们自己有时候也是电池,所以,电池无处不在,没有什么特殊之处。我们之所以将电池称之为电池,只是因为我们将其设计为能比自然存在的事物存储更多的电子,以使其更有用处。大自然是丰富多彩的,一些动物譬如电鳗就能够利用电,除此之外还有很多。
著名的发明家尼古拉特斯拉想要使大自然成为电的源头,虽然他已经证明了其可行性,但他有着太多的敌人,也没有商业模式来大规模地发电。因为把几百条电鳗放在你车子的后备箱来发电是不现实的,所以必须寻找一种介质来存储电子,这种介质就是金属。
所谓阳极和阴极不是别的,只是介质中电子集聚过多或过少的地方。这两个名字听起来就像希腊戏剧中的名字一样,却原来也不过如此简单。要将其用于电子设备,你需要找一种介质,这种介质能够存储很多的电子,也能够很容易地从一端流动到另一端,这种电子的流动就是电流,就像稳定地向着一个方向流动的河流一样。假如能量就是水量,而河道狭窄,则水需要以更高的速度流动,才能与宽阔但流动较慢的河道流过相同的能量/水量。这就是伏特(电压)和安培(电流)的概念,这两个也是我们的希腊戏剧中的角色。
寻找一种电子可以在其中稳定可靠地流动的介质的学科,可以称为寻找良导电芯的化学。很多材料,我们使用的大部分地球上的金属,都适合作为介质,其中最好的是锂,这是一种普通金属,地球上几乎到处都可以找到。
要产生大量电流,要存储大量电能,就要求有很大的表面积,其中阳极和阴极分立两端。可以将其想象为一条河,或短或长,水量或大或小。一个普通的圆柱形家用电池,譬如用于遥控器上的电池,所需要的表面积是由一张又长又薄像纸一样的材料产生的,这张纸卷起来然后放入一个金属容器中。如果将其展开,你会非常惊讶,这么一个小小的家用电池会有如此大的表面积。根据阴极和阳极的不同,纸的表面涂以不同的材料。为了分隔阳极和阴极,使用称为隔膜的中性物质将两部分分隔开来。这样,你的电池就做成了。
所有的制造商涂到纸上的材料都采用湿的形式,这样最容易保证你涂抹在纸上的材料是均匀一致的,这样利于电子的流动。为了让材料吸附在纸上,在卷起来之前需要先让其干燥。由于你要创造尽可能大的表面积,所以你就需要一个非常大的空间,即使只用来晾晒几个电池的表面积,假如像特斯拉那样大规模量产,那表面积可想而知将会有多大。可能会大到特斯拉要建设地球上最大的厂房才足以晾晒。
晾晒过程需要时间。所以,要加速这个过程的唯一选择是使用炉子对电池纸进行烘烤,这就是特斯拉的内华达超级工厂那么巨大的原因。要投资大量的烤炉空间,即使在内华达沙漠,成本也是很高的,由于即使使用烤炉,仍然要花很长时间来烘烤这种材料,大规模量产电池的瓶颈,即花费大量成本,占据大量时间的,就是干燥过程。
想象一下,每周你所洗的衣服都需要平铺在厨房烤箱底部烘干,烘干需要几个小时,然后才能折叠放入衣柜(或壁橱)中。要将一个星期的所有衣物都这样烘干,则需要一个星期的时间,因为烤箱太小。为了加快速度,就买了10个烤箱放在客厅,这样成本就很高了。现在洗衣服成了一项成本很高的事情。
现在想象你将洗衣服做成了生意,面向千百万人开展洗衣业务。这样一来,所需的空间、资本、以及能源消耗都非常显著,而且建设一个工厂都要花费相当长的时间,因为工厂要大到能把所有的烤箱都放进去。
这样下去肯定不行,你想要做出改进,而且你很聪明,你发明了一种烘干方法来烘干衣服,依此方法,可以去掉所有的烤箱,从而巨大的工厂空间也不需要了。突然之间,所有制约生意快速做大从而向更懂得人提供洗衣服务的因素都烟消云散了。只需要很少的投资,很小的地方,就可以洗更多的衣服,而且既快又便宜。因为你现在可以更低的价格提供服务,需求也随之增加。这不是很棒的事情吗?
烘干衣物的发明就是特斯拉在电池日上展示的特斯拉发明的干电极(dryelectrode)过程。
所谓的干电极能够让特斯拉将材料涂在纸上,而不需要干燥过程,这样就节省了空间、时间以及特斯拉自己或外部供应商此前需要投资的设备。只需25%的投资,10倍小的空间,以及能源损耗的减少,产出却能够增长7倍。
这是一项令人难以置信的成就,对整个电池行业来说都是一项真正的革命,会使得其他电池制造商在全球丧失竞争力,且由于成本和产量问题而在短时期内被淘汰,除非它们也做类似的事情。
特斯拉颠覆了整个电池行业,因为它可以更便宜更快地生产更好的电池,而这似乎没人注意到。
文章出处
本文译自cleantechnica.
到底什么是电池中的阳极和阴极,为什么那么重要?
电池无非是一种介质,其中电子从一端移向另一端。电子这样移动之时,就是在充电或放电之时。你要么是用电池中的能量给无论什么电器供电,要么是将能量存储于电池中以备后用。忘掉所有那些复杂的技术术语和量度,你只需要知道这么多就OK了。
阳极和阴极只是两个用来描述电子流出和进入电池位置的名称。
世界上所有的事物中都含有电子,所有的事物中在某个时间点都含有过多或过少的电子,就像电池一样。甚至我们人类自身有的时候也像一个电池。任何一个头发竖起来的人,任何一个从牛栅栏(国外的牛栅栏围有电网——译者注)或另一个人那里受到电击的人,都知道电子在身体里突然流过时是什么感觉——会对人造成伤害。
电池就存在于我们周围,我们自己有时候也是电池,所以,电池无处不在,没有什么特殊之处。我们之所以将电池称之为电池,只是因为我们将其设计为能比自然存在的事物存储更多的电子,以使其更有用处。大自然是丰富多彩的,一些动物譬如电鳗就能够利用电,除此之外还有很多。
著名的发明家尼古拉特斯拉想要使大自然成为电的源头,虽然他已经证明了其可行性,但他有着太多的敌人,也没有商业模式来大规模地发电。因为把几百条电鳗放在你车子的后备箱来发电是不现实的,所以必须寻找一种介质来存储电子,这种介质就是金属。
所谓阳极和阴极不是别的,只是介质中电子集聚过多或过少的地方。这两个名字听起来就像希腊戏剧中的名字一样,却原来也不过如此简单。要将其用于电子设备,你需要找一种介质,这种介质能够存储很多的电子,也能够很容易地从一端流动到另一端,这种电子的流动就是电流,就像稳定地向着一个方向流动的河流一样。假如能量就是水量,而河道狭窄,则水需要以更高的速度流动,才能与宽阔但流动较慢的河道流过相同的能量/水量。这就是伏特(电压)和安培(电流)的概念,这两个也是我们的希腊戏剧中的角色。
寻找一种电子可以在其中稳定可靠地流动的介质的学科,可以称为寻找良导电芯的化学。很多材料,我们使用的大部分地球上的金属,都适合作为介质,其中最好的是锂,这是一种普通金属,地球上几乎到处都可以找到。
要产生大量电流,要存储大量电能,就要求有很大的表面积,其中阳极和阴极分立两端。可以将其想象为一条河,或短或长,水量或大或小。一个普通的圆柱形家用电池,譬如用于遥控器上的电池,所需要的表面积是由一张又长又薄像纸一样的材料产生的,这张纸卷起来然后放入一个金属容器中。如果将其展开,你会非常惊讶,这么一个小小的家用电池会有如此大的表面积。根据阴极和阳极的不同,纸的表面涂以不同的材料。为了分隔阳极和阴极,使用称为隔膜的中性物质将两部分分隔开来。这样,你的电池就做成了。
所有的制造商涂到纸上的材料都采用湿的形式,这样最容易保证你涂抹在纸上的材料是均匀一致的,这样利于电子的流动。为了让材料吸附在纸上,在卷起来之前需要先让其干燥。由于你要创造尽可能大的表面积,所以你就需要一个非常大的空间,即使只用来晾晒几个电池的表面积,假如像特斯拉那样大规模量产,那表面积可想而知将会有多大。可能会大到特斯拉要建设地球上最大的厂房才足以晾晒。
晾晒过程需要时间。所以,要加速这个过程的唯一选择是使用炉子对电池纸进行烘烤,这就是特斯拉的内华达超级工厂那么巨大的原因。要投资大量的烤炉空间,即使在内华达沙漠,成本也是很高的,由于即使使用烤炉,仍然要花很长时间来烘烤这种材料,大规模量产电池的瓶颈,即花费大量成本,占据大量时间的,就是干燥过程。
想象一下,每周你所洗的衣服都需要平铺在厨房烤箱底部烘干,烘干需要几个小时,然后才能折叠放入衣柜(或壁橱)中。要将一个星期的所有衣物都这样烘干,则需要一个星期的时间,因为烤箱太小。为了加快速度,就买了10个烤箱放在客厅,这样成本就很高了。现在洗衣服成了一项成本很高的事情。
现在想象你将洗衣服做成了生意,面向千百万人开展洗衣业务。这样一来,所需的空间、资本、以及能源消耗都非常显著,而且建设一个工厂都要花费相当长的时间,因为工厂要大到能把所有的烤箱都放进去。
这样下去肯定不行,你想要做出改进,而且你很聪明,你发明了一种烘干方法来烘干衣服,依此方法,可以去掉所有的烤箱,从而巨大的工厂空间也不需要了。突然之间,所有制约生意快速做大从而向更懂得人提供洗衣服务的因素都烟消云散了。只需要很少的投资,很小的地方,就可以洗更多的衣服,而且既快又便宜。因为你现在可以更低的价格提供服务,需求也随之增加。这不是很棒的事情吗?
烘干衣物的发明就是特斯拉在电池日上展示的特斯拉发明的干电极(dryelectrode)过程。
所谓的干电极能够让特斯拉将材料涂在纸上,而不需要干燥过程,这样就节省了空间、时间以及特斯拉自己或外部供应商此前需要投资的设备。只需25%的投资,10倍小的空间,以及能源损耗的减少,产出却能够增长7倍。
这是一项令人难以置信的成就,对整个电池行业来说都是一项真正的革命,会使得其他电池制造商在全球丧失竞争力,且由于成本和产量问题而在短时期内被淘汰,除非它们也做类似的事情。
特斯拉颠覆了整个电池行业,因为它可以更便宜更快地生产更好的电池,而这似乎没人注意到。
文章出处
本文译自cleantechnica.