電池如何提供電力？

翻譯／甘錫安

　　電池接上燈泡等負載後，通常會進行化學反應而放出電子，電子流過燈泡，再流回電池。（市面上也有些裝置是利用儲存的機械能來提供電力，但一般用於手電筒和遙控器的電池，是以化學方式儲存能量。）電池內部至少有一個伏特電池，依其化學反應不同，可提供0到數伏特的電壓。汽車電瓶中有六個小電池，每個電池提供2伏特，串聯後的總電壓為12伏特。 

　　電化學電池有兩個電極，兩者有一段距離，中間為液態或固態電解質，含有帶電粒子（離子）。一個電極（陽極）放出帶負電的電子，另外一個電極（陰極）吸收電子。兩個電極的化學差異造成能量差異（電位差），使電子由陽極經過電解質流到陰極。舉例來說，鉛酸電池以氧化鉛為陰極、鉛為陽極、硫酸（液態）為電解質。 

　　在這種電池中，硫酸構成可拉開鉛與氧化鉛化學鍵結的環境，氧化還原反應同時發生。在還原反應中，酸使陰極的氧化鉛脫去氧，並以硫酸根離子取代，氧離子遂與酸中的氫結合而形成水。在氧化反應中，硫酸由鉛取得兩個電子，兩者結合形成硫酸鉛。電池連接負載時，硫酸根離子換下來的電子流出電池，通過負載而形成電流。 

　　伏特電池的放電極限，是兩個電極之一或全部都沒有反應物可用，也就是進行氧化還原反應的化合物耗盡了。在不可充電的電池中，提供能量的化學反應不能輕易逆轉，反應物用完後，電池就無法繼續使用。在鉛酸電池等可充電的電池中，反應是可逆的，因此來自外部的直流電可迫使電子由陰極流到陽極，直到電池充滿為止。（甘錫安　譯） 

【本文轉載自《科學人雜誌》2006年10月號】