前面的章節介紹過一次電池 是只能使用一次的電池 那麼有沒有能重複使用的電池呢？ 它們兩者的差別是什麼？ 接下來 就讓我們一起來認識二次電池吧 二次電池 又稱為充電電池、蓄電池 顧名思義 就是能充電並重複使用的電池 生活中 手機 行動電源 汽車電瓶 無線耳機 數位相機和電動車等 這些用品裡都含有二次電池 在沒電時 只需要插上充電線 就能重新讓電池充滿電 不需要一直替換電池 為什麼二次電池可以重複使用呢？ 要瞭解它們和一次電池的差別 必須先知道二次電池的構造 以鉛蓄電池為例 它的負極為鉛 正極為二氧化鉛 並以密度約1.28的硫酸溶液作為電解質 鉛蓄電池放電時 鉛會釋放電子 並與硫酸根反應 產生硫酸鉛 從負極流出的電子經由外電路上的銅線到達正極 接下來 正極的二氧化鉛接收電子 並與氫離子 硫酸根反應 產生硫酸鉛與水 完整的全反應式寫作畫面上的式子 化學家通常會以發生的反應類型來定義電極 分別稱為陽極和陰極 陽極的定義是「發生氧化反應的電極」 陰極的定義是「發生還原反應的電極」 而此處 鉛失去電子 代表其發生了氧化反應 因此在放電反應中鉛是「陽極」 而得到電子 發生了還原反應的二氧化鉛則是「陰極」 從反應式中 我們可以觀察到 放電時 兩個電極都會與電解液中的硫酸根結合產生硫酸鉛固體 並附著在電極上 因此有兩莫耳電子流過 也就是產生2F電量時 陽極的鉛會增加96克的重量 陰極的二氧化鉛則會增加64克的重量 而電解液中的硫酸 因為與正、負極結合後會減少 再加上放電反應過程會生成水 因此電解液濃度會不斷降低 鉛蓄電池每組電池槽的正、負極間電壓約為2.0伏特 若將多個電池槽串聯 就可以提高電壓 例如 汽車電瓶常是將6組鉛蓄電池串聯 並產生12伏特的電壓 而能啟動引擎發動汽車 原本的鉛蓄電池電解液密度約為1.28 隨著放電反應 硫酸溶液的濃度會降低 溶液密度也會隨之降低 因此在鉛蓄電池的使用上 可透過電解液密度來監測剩餘電量 當電池密度過低時 汽車電瓶就無法啟動引擎 需在提前適時充電 若想幫鉛蓄電池充電 需使用外接直流電源 將外接電源的正極接上電池的正極 負極接上電池的負極 此時 電池會進行逆向反應 儲存電能 充電時 負極的硫酸鉛會得到兩個電子變回原本的鉛 進行還原反應 故此時的負極是陰極 正極的硫酸鉛則會失去電子變回原本的二氧化鉛 進行氧化反應 故此時的正極是陽極 全反應式則寫作畫面的式子 是放電反應的逆反應 一次電池因為設計上不利於發生逆反應 所以只能放電無法充電 但鉛蓄電池能透過施加電壓的方式 來推動逆反應發生並充電 所以具有能重複使用的特性 二次電池雖然能重複使用 但它的壽命也並非無限 例如 鉛蓄電池電解液中的水 會在使用過程中蒸發 並且在充電時因為水發生電解反應消耗而逐漸減少 必須定期補水 才能維持電池壽命 因此現代的鉛蓄電池多以鉛鈣合金作為負極材料 以減少水的電解消耗 並且以密封方式出售 如此一來 就算不加水維護 壽命也可達到數年 下列有關鉛蓄電池的敘述 何者正確？ 除了鉛蓄電池以外 同樣是二次電池的還有鋰離子電池 它也是能透過充電以重複使用的二次電池 因為其質量輕 壽命較長 電壓較大等優點 目前被廣泛的應用在生活當中 例如 智慧型手機 平板電腦 筆記型電腦 電動車 數位相機等 鋰離子電池 大多是以石墨為負極 含鋰的化合物（例如：磷酸鋰鐵、鈷酸鋰、錳酸鋰等）為正極 鋰鹽及有機碳酸酯溶劑為電解液的蓄電池 就像海綿可以吸水、放水一樣 上述的正、負極的結構則是能夠儲存或釋放鋰離子 所以鋰離子電池可透過鋰離子 在正、負極中移動來完成充電和放電的過程 在放電時 鋰離子會從負極碳層中脫插 經由電解液移動並嵌入正極材料內 每一個鋰離子脫插都會伴隨著一個電子的釋放 電子會再經由外電路的傳遞產生電流 充電時則相反 鋰離子會從正極脫嵌 經由電解液移動到負極 並插入負極材料的碳層中儲存電能 鋰離子電池因其體積小 重量輕 能量密度高且沒有記憶效應等優點 目前正被廣泛應用在生活中 但它也有一些使用上的限制 例如 鋰離子電池的電容量會隨著出廠時間而逐漸減少 且鋰離子電池非常怕熱 在超過60度C的環境中就無法發揮最佳性能 此外 使用鋰離子電池也要避免過度充電 否則會影響到電池的壽命與安全性 下列有關鋰離子電池的敘述 何者正確？ 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 二次電池的充、放電反應為可逆反應 能透過施加電壓的方式來推動逆反應發生 所以具有重複使用的特性 其中的鉛蓄電池 充放電反應與全反應式如畫面 在放電時 兩電極重量增加、硫酸濃度降低 若要充電 需外接直流電源 且正極接正極、負極接負極 讓電池進行逆向反應 而鋰離子電池 多以石墨為負極 含鋰化合物為正極 鋰鹽及有機溶劑為電解液 放電時 鋰離子從負極碳層中脫插 經由電解液移動並嵌入正極內 而釋放的電子經由外電路的傳遞產生電流 充電時 鋰離子從正極脫嵌 經由電解液移動到負極 並插入負極碳層中儲存電能 二次電池的發明雖然為我們的生活帶來許多便利 但同時也有機會造成重金屬污染 如何延長電池壽命 並找出更環保的方式來儲存、利用化學能 將是這個世代的重要課題 歡迎一起思考看看 我們下次見