学文网通常我们所讲的电池指的是化学电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗电池中的化学物质，输出电能。化学能直接转变为电能依靠电池内部自发进行的氧化、还原等化学反应，这种反应分别在两个电极上进行。
负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属以及氢或碳氢化合物等。正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍、氧或空气等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液、熔融盐或固体电解质等。当外电路断开时，两极之间虽然有电位差（电压），但没有电流，存储在电池中的化学能并不会转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下就会有电流流过外部电路，于是我们就可以从中获得电能。
电池的种类
按是否可循环使用来分类，电池分为一次电池和二次电池。一次电池指的是放电后不能再充电使其重新存储电量的电池，也称为原电池，如我们常见的普通干电池和纽扣电池等，其电量耗尽之后只能废弃，无法循环使用。二次电池则指的是在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池，也称为可充电电池，能够多次反复充电使用，常见的电池种类有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等，如我们的手机、笔记本电脑和电动自行车、电动汽车中用的电池均为可充电的二次电池。
电池内部的电化学特性决定了该类型的电池是否可充电，根据它们的电化学成分和电极的结构可知，真正的可充电电池的内部结构之间所发生的化学反应是可逆的，既然充放电会在电极体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的内部设计必须支持这种变化，所以设计生产相对复杂，导致其成本相对较高。而一次电池仅做一次放电，它内部结构简单得多且不需要支持这种变化，因此，它的价格会相对低廉得多。
除了电池的成本外，不同领域对电池的要求也有所不同，如便携设备上不允许电池占用太大的体积和重量，这就要求所使用的电池要具有较高的能量密度，而电动汽车上的电池不但需要较高的能量存储密度，同时还需要有较强的功率密度，以满足电动车动力的需求。体积更小、重量更轻并且储存更多的能量是许多电池技术科学家所努力的方向，他们的研究领域涉及纳米技术、核技术甚至是直接从空气中提取原料的技术等等。随着人们对笔记本电脑、智能手机和电力驱动的交通工具性能的要求越来越高，人们对电池性能的要求也越来越高，电池技术也在飞速向前发展。下面CHIP就为大家介绍未来电池的发展方向。
锂离子交换电池
如今电池技术的瓶颈除了电池的能量储存密度不够高外，电池的充电性能不佳也是电池技术发展的一大瓶颈。比如人们希望电动车电池的充电速度能像汽车加油一样，在几分钟内就可以完成。而新型的锂离子交换电池，利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速、大量穿梭运动的特性，帮助人们达到快速充电的目标。
锂离子交换电池采用了石墨烯这种新型材料作为正、负极材料，具有非常大的极性表面，在充电过程中，锂离子可以迅速从阴极向阳极迁移，实现快速充电，就像汽车加油一样，可以在超短的时间内完成，不再需要动辄几小时的等待时间。同时，它也具有极高的功率密度，可以进行大电流放电，这对于移动设备或者使用电力驱动的交通设备来说无疑是个令人振奋的消息。不过这种电池的能量密度目前并无突破，约为160Wh/kg，与主流的商业锂离子电池相当，也就是说，使用这种电池的设备仅仅是充电速度快，其单次充电后的续航能力和如今的锂离子电池相比并无增加。除此之外，给此类电池进行快速充电需要特殊的大功率充电站，而这类充电站的数量十分稀少，这也成为限制其普及的另一个因素。
氢氧燃料电池
燃料电池是一种将存在于电池中的燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，并将它们作为负极，用空气中的氧作为正极，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量，而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。
氢氧燃料是由氢作为活性物质的燃料电池，由于电池放电的产物只有水，几乎无污染，符合绿色化学理念，并且其理论能量密度可达3 600Wh/kg，按照电动汽车常规的耗电量来计算，10kg的氢氧燃料电池就可以满足电动汽车100km的续航需求，因此其极具发展前途。目前的氢氧燃料电池由于氢燃料难以存储和运输，而且需要使用昂贵的铂作为催化剂等原因，所以仅限于在一些特殊情况下使用，如飞船、潜艇、***事等方面，在技术和成本方面离民用还有很远的距离。
锂空气电池
锂空气电池是一种用金属锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。其工作原理是阳极的锂释放电子后成为锂离子，随后锂离子穿过电解质材料，在阴极与氧气以及外电路中的电子结合生成氧化锂或者过氧化锂，并留在阴极。
由于锂空气电池的阴极主要以多孔碳为主，重量很轻，并且氧气可以从环境中获取而不用保存在电池里，所以锂空气电池具有极高的能量密度。理论上，其质量能量密度可达5 210Wh/kg（包括氧气质量）或
1 140Wh/kg（不包括氧气质量），这是目前普通锂离子电池的100倍。如果在电动汽车中使用可更换卡盒的方式更换正极水性电解液和补充负极的金属锂，则可实现连续行驶且无需充电等待时间，之后还可以从用过的水性电解液中轻松提取金属锂，让金属锂反复使用。但如今锂空气电池在成为可商用化产品之前还有一系列的问题需要解决，其中最大的问题是如何解决在经过了多次的充放电过程后电池容量下降的问题。
这是一个非常有前景的领域，试想在不改变电池体积和重量的情况下让我们的笔记本电脑可以依靠电池连续使用一周或者让电动汽车可以续航1 000km以上会是多么美好的事情。
超级核电池
科学家们在很早之前就已经发现，当放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子，如果采取一些特殊的办法，就能够把带电粒子驯服归拢起来，让它们最终形成电流。后来科学家依照这个原理发明了大型的核电站和核电池，用于工业和航天业。遗憾的是，因核电池必须装有一个收集带电粒子的固体半导体，而且由于辐射的作用，所以固体半导体很快就会受损，为了降低受损程度，核电池就必须做得足够大。
美国科学家想出了为核电池“瘦身”的妙计，他们把核电池内易受损的固体半导体换成了不易受损的液体半导体，这样不但能完成收集带电粒子的使命，而且还可以大幅度“瘦身”，真可谓是一举两得。美国的科学家按照新思路已经在实验室成功研发出了微型核电池，其边长为19.5mm，厚为1.55mm，仅比1美分硬币大一点点，但其电力却是普通化学电池的100万倍，只需要一个硬币大小的电池，就可以让我们的手机几百甚至上千年不需要充电，核电池的优点显而易见。但是目前的核电池有着致命的缺点，就是一旦破裂会造成放射性污染，所以必须妥善防护。
好奇号火星车中的核电池
好奇号火星车的动力是由一台多任务放射性同位素热电发生器（MMRTG）提供的，这台设备由美国能源部提供。这台发电机本质上是一块核电池，它可以将热能转化为电能。它主要包括两个组成部分：一个装填钚-238二氧化物的热源和一组固体热电偶，它们可以将钚-238产生的热能转化为电力。它包含4.8kg的钚氧化物，可以提供稳定的热能用于给火星车供电，并确保好奇号能够挨过火星漫长严寒的冬季。
这一设备的设计目标包括确保设备的高度安全、优化功能，至少可以保证14年的供能，并在此基础上做到质量最小化。这台设备直径约为640mm，长为660mm，重量为45kg。
额定容量
电池的额定容量是指设计与制造电池时规定或保证电池在特定的放电条件下，应该放出的最低限度的电量。常见单位有mAh和Ah（1Ah=1 000mAh）。但是我们需要注意的是，只有在电池电压确定的情况下，mAh或者Ah才有意义，比如同为3.7V的电池，标称2 000mAh的电池的容量就是标称1 000mAh电池容量的两倍。对于不同电压的电池如果我们想比较它们的容量，可以用额定容量乘以其电压得到其储存的总电量，单位为Wh，如常见的规格为3.7V、2 000mAh的手机电池充满电时所含的电量即为2Ah×3.7V=7.4Wh，
放电倍率
放电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量电量所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。比如理想状况下，电池用1C的放电电流放电，其电量可以维持这个电流输出1h，0.5C则可以维持2h，以此类推。
放电平台
一颗充满电的电池在恒流放电过程中，刚开始放电时的电压下降比较快，过一段时间后，随着放电的进行，电压变化很小，这一段占整个放电过程的绝大部分时间，这个过程的电压区间也就是这个电池的放电平台，如镍氢电池的放电平台约为1.2V，而锂离子电池的放电平台约为3.6V。
内阻
电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所遇到的阻力，一般用mΩ作为单位。通常内阻小的电池使用大电流放电的能力强，内阻大的电池大电流放电能力弱。电池内阻大，会导致电池放电工作电压降低，电池自发热高，放电时间缩短，并对电池性能、寿命等造成严重影响。