数码动力永在──电池技术剖析
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电池的作用是将化学能以及某些其他形式的能量(如光能)转化为电能。本文只介绍化学电池，下文所提到的电池如无特殊说明都是指化学电池。
电池是由电极、电解质、隔离膜和外壳这四个基本部分组成的。电极之间发生氧化-还原反应，产生大量带电离子。这些带电离子由电解质定向运送，从而在电池内部形成电流。为防止正负电极直接接触发生短路并同时保证带电离子可以顺利通过，在两极之间设有用特殊材料制成的隔离膜。在有些电池里，隔离膜还起到催化反应的作用。
从技术角度讲，有些电池，比如手机电池，笔记本电脑电池，并不是“一个”电池，而是多个单位电池串联、并联或混联在一起，配合相应的控制电路，保护电路，做在一个封装里制成的。这种做法的优点显而易见。电池厂商可以用有限的几种单位电池“组装”成不同规格的电池产品，从而降低了研发生产成本，丰富了产品线。
我们在日常生活中所用到的电池，从是否可循环使用的角度可分为一次电池和二次电池两大类。常用的干电池就是一次电池。其常见的规格有一号、五号和七号，其中尤以五号(AA)和七号(AAA)使用得最为广泛。早期的干电池是锌锰干电池(图1)。它的正极材料是碳棒加上二氧化锰，负极材料是锌。锌锰干电池技术成熟，价格低廉，自放电率低，目前仍然有很大的市场。但是由于它温度适应性极差，输出功率小，电压波动大，不适合在一些对供电质量要求很高的设备上使用，所以越来越多地被碱性电池所替代。
碱性电池诞生于1955年，它使用碱性电解质，因此得名。碱性电池温度适应范围较广(-20℃～70℃)，性能比锌锰干电池提高很多。国内市场上常见的“南孚”、“双鹿”、“劲量”等都是碱性电池。还有一种一次电池是俗称“纽扣电池”的锌汞电池。锌汞电池按外形大小可划分为不同规格，用数字标示(比如2025、2032等)。锌汞电池放电平稳，电压恒定，能用很小的体积提供相对较高的电量。因此广泛使用在电子表、计算器等电子设备上。主板上为CMOS芯片供电的就是这种电池。
无法多次使用是一次电池与生俱来的缺点。一枚电池用完了只能丢掉，既浪费又污染环境。而且它所能提供的电量也偏小(有些高档DC使用干电池的话仅仅能够拍摄几张照片)。在这种情况下，可多次充电的二次电池就应运而生了。
在放电过程中，多次充电电池的工作机理与一次电池是一样的。充电时，由充电器在电池两极加上一个比电池额定电压大许多的充电电压，使电池内的物质发生放电反应的逆反应，将电能重新转化成化学能。多次充电电池有一个重要参数：电池容量，用单位Ah(安时)表示。代表电池在恒定电流下持续放电时间的乘积。在小型电池中通常使用更小单位mAh(毫安时)表示。比如一节充满电的电池用100mA电流放电可以持续12小时，这节电池的容量是1200mAh，如果将它用在600MA放电的场合可以使用两个小时。在零售包装的多次充电电池外壳上可以看到容量标志。
以下介绍的是在消费市场中常见的几种二次电池。
1.铅酸电池
铅酸电池俗称“电瓶”。在工作温度下可以提供2V电压。铅酸电池多用于汽车、应急照明设备和某些直流机电设备。它以金属铅为负极，二氧化铅为正极，浓度在27%～39%的稀硫酸为电解液。由于铅酸电池体积大、分量重，因而除了UPS，PC及数码领域中很难看到它的身影。
2.镍镉电池(Ni-Cd)
镍镉电池的正极是掺了石墨的氢氧化镍，负极是活性镉，电解质是氢氧化钾溶液。它的放电电流大，适用温度范围广，耐过充能力强，循环使用次数在300～700次。镍镉电池在大电流电子产品及工业上应用很多。但是它在充放电不完全的情况下其中的镉会产生大量结晶，导致电容量明显减小，这也就是常说的记忆效应。再加上镉这种物质毒性很强，政府对镍镉电池的生产回收控制得越来越严格，导致目前镍镉电池的市场逐渐萎缩，已基本被淘汰出数码设备电池的应用范围。
3.镍氢电池(Ni-MH)
镍氢电池(图2)可称得上是镍镉电池的升级，它的内部结构与镍镉电池完全一样，只是负极材料换成了储氢合金。但就是这点材料改变，使镍氢电池在单位重量、单位体积、能量密度有了长足进步。它的记忆效应比镍镉电池减少了很多，而且材料也更环保，循环寿命在500～1000次。因此很多数码产品和电器甚至交通工具都采用镍氢电池作电源，目前市场占有率极大。
4.锂离子电池(Li-ion)
锂离子电池(图3)的正极是锂合金氧化物，负极是石墨或碳黑，电解质是盐与有机物的混合溶液。现在主流产品是以钴酸锂为正极的，电压为3.7V。与镍氢电池相比，锂离子电池能量密度更大，电压更高，寿命更长，而且几乎没有记忆效应，自放电率很低。在注重移动性的数码产品中应用得较多。但由于金属钴比较稀少，所以锂离子电池价格还很昂贵，目前主要是DV，笔记本电脑和手机使用它。
5.锂聚合物电池(Li-polymer)
锂聚合物电池是一种在锂离子电池的基础上改进而成的新兴的电池种类。它的电解质很独特，是一种高分子化合物，它同时还起到隔离膜的作用。锂聚合物电池的电解质主要有PEO(聚环氧乙烷)和PAN(聚丙烯晴)两种，它们与锂的反应性很低，因此锂聚合物电池有比锂离子电池高得多的安全性。在形状上，锂聚合物电池可以配合各种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池。该类电池可以达到的最小厚度仅为0.5mm！
随着技术进步，一些新型电池不断问世。其中最引人注目最接近量产的就是燃料电池。
燃料电池本质上是一种发电装置，它的两个电极不断地吸收氢气、甲烷、甲醇等燃料和空气(或纯氧)，在两个电极上分别发生化学反应，同时向外发送电能。电池工作时需要连续地供给燃料和氧化剂，燃料电池能量转换效率高、可靠性高、反应废物是水和无毒气体，是一种清洁的能源。电力耗尽后不必费时充电，只须像换墨盒一样换一个燃料盒。在这个新兴领域，NEC、东芝、卡西欧等日系厂商走在前面。在这些厂商的努力下，燃料电池越来越微型化，体积逐渐逼近传统电池(图4、图5)。和目前所使用的锂离子电池相比，重量只相当于原有锂离子电池一半的燃料电池就可以提供约4倍于锂离子电池的能量，作为燃料的甲醇价格很低廉。燃料电池的前途不可限量。
