把头薅秃之前……总算把 5 号电池的制作搞明白了！
中科院物理所2019-02-27 10:49
大家还记得小学做的第一个物理实验不？就是让小灯泡亮起来了。
从电视遥控器里拆下电池，手电筒里拆出小灯泡，工具箱里拿一根电线，用剪刀把塑胶皮剥开。小心地把电池与小灯泡分别与导线相连，形成一个回路，小灯泡就亮起来了！（小心，别摸，好烫的...）
先来复习下基本的物理知识~
为啥有电？
这段导线中包括金属阳离子和自由电子，通常情况下，自由电子是随机往各个方向乱窜的。而加了电压之后，电子就会老老实实地沿着下图线的方向，从负极流向正极，这就形成了电流。
电子呢，是带负电的，物理上规定电流的方向，是正电荷定向移动的方向或者是电子运动方向的反方向。
在小灯泡实验中，我们用的 5 号电池一般是 1.5 伏特（皮卡丘可是有十万伏特...），是一个不起眼的小电源，但上面这个电池剖图有没有超出你想象的复杂？哈哈，开始啦！我们慢慢解释碱性电池的结构和制作过程吧~
电池结构
我们大概都知道：
碱性电池的外壳是钢外壳；电池凸头的部分是正极；电池平头（有的甚至有点内陷）的部分是负极。
但是很少人知道，碱性电池的负极里居然藏了个大头钉一样的存在！这其实是个金属针，作用是收集下图里蓝色区域的负极物料（一般是锌粉和氢氧化钾电解质的混合物）中的电子，再把他们传向正极。（现在可以再把文章划拉到第一幅图看看原理了~）
上图这个钢壳儿边上黑色的夹层呢，则是阳极混合物，通常是二氧化锰 MnO2和石墨导体的混合物。就是像上图这样的，在制作的时候首先被压制成正极圆环，再一个一个的装入电池中。
总的反应是：Zn+MnO2+2H2O+2OH-=Mn(OH)2+[Zn(OH)4]2-
在这个反应式里我们看到锌从单质变成了氧化物，化合价升高了，因此自由电子就开始移动了！因此这边是负极。而二氧化锰中的锰被还原了，化合价变低了，牺牲了自己，成就了别人...所以是正极。（我到底在写啥呢...）
正负极要隔离
电池的正极和负极是不能直接接触的，那这中间用啥来当隔离介质呢？就是在锌粉和碱粉混合物外面用层压纸一包，成了下图的隔离层。
当然实际上隔离膜不是包起来的，是在流水线上先被做成隔膜管，再插进电池的钢壳里的。
电解液
当我还是熊孩子的时候，还拆开过电池...（很危险！小朋友们不要学！）会发现里面有“水”一样的液体，其实是在负极注入的碱性电解液，当然还要注入锌粉膏体的。
现代化一些的电池制造，已经直接是灌进去混合好的锌和氢氧化钾电解质的凝胶啦~这样既减少注入工序，又增大了负极的反应面积，电池性能也会更好的。
混合环节
至于正极的二氧化锰和石墨这俩粉末的混合，就要靠振动了！把粉末们混合在一起，不停抖、抖、抖...
戳进顶盖
接下来是加盖，这图这个环，起着密封电池内部物料并把阴阳极分区的作用，并且支撑着放进去的铜针不会跑偏。
制作的具体过程，是先密封盖上滴进去点涂胶，一般是沥青作为粘合剂。
然后再用机器把铜针竖直插进去，最后进行封口。
检测电池
和火柴的抽检不一样，每一块电池都是需要检测的！就是下图这样的机器连接正负极进行检测。
不合格的电池还会被直接剔除出送去包装的队伍...
贴包装纸
出厂前再贴上包装纸，我们常见的一节 5 号电池就完成啦！像这样制作出来的碱性电池，能比普通电池的容量和放电时间更加持久。
等等！小编还有话说
除了「碱性电池」，还有一种电池叫做「碳性电池」，也就是「中性锌锰电池」，是那种需要回收的干电池。它的正极是碳，而负极是锌皮，那负极也就不存在那个大头针，而是在正极插了一根碳棒。（我在说什么呀...果然原电池电反应依旧让人头疼！）
校对：Cast + 江小丧
文中 Gif 截取自YouTube 博主 Free Documentary 的《HOW IT WORKS - Batteries》 和 生活科技大解密 S11E19 的供电电池
来源：有趣的制造
编辑：重光
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