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| 編輯推薦： |
你是否想过——手机没电时的焦虑，电动汽车续航的秘密，甚至手表里那颗米粒大的电池，藏着多少人类科技的巧思？这本《极简图解电池技术基本原理》，用一张图、一段话、一个动手实验，把“电池”这个熟悉又陌生的存在，拆成了一场“从过去到未来”的科技探险！
翻开第一页，你会跟着目录“穿越”电池的历史：从5000年前的巴格达电池到伏打电堆的诞生，从干电池的普及到锂离子电池的逆袭，原来每一个“充电”“放电”的动作，都串联着人类对能量的千年探索。
但这本书的野心远不止“讲历史”——它用??分类图谱??帮你理清混乱：一次电池（干电池）为何“用完即弃”？二次电池（充电电池）如何“起死回生”？燃料电池凭什么被称为“终极能源”？铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池……20 种电池类型，一张对比图让你秒懂差异！
更妙的是??技术细节的“去复杂化”??：锂离子电池的“摇椅反应”有多精妙？全固态电池为何是电动车“续命神器”？太阳能电池如何把阳光变成电？原理图 生活场景，再难的术语都能秒变“常识”。
书里还藏着20 个“手作实验”：用硬币做电池堆、柠檬造电流、铅笔和水搭燃料电池……边读边动手，知识立刻从纸面“跳”进现实！
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| 內容簡介： |
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本书深入剖析了电池的工作机制，从结构、电气及化学等多个角度为读者提供全面的讲解。全书详细解释了一次电池、二次电池、锂离子电池、燃料电池和太阳能电池等的基本结构和工作原理。为了让不擅长化学方程式的读者也能轻松理解，本书尽可能简化了表述，使用了大量直观、易懂的图表，哪怕是非常专业的理论知识也能做到通俗易懂。本书是一本难得的关于电池的科技著作，为广大从事电池科学研究的科技工作者及科技爱好者提供了通俗易懂、内容全面、理论深入的参考。通过本书的学习，读者可以快速了解电池技术的全貌，从理论上理解电池的机理，了解电池技术的实际应用现状，从而为技术创新提供具有启发性的方向和路径。
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| 關於作者： |
中村信子，日本科技普及作家。自幼即对科学有着浓厚兴趣，亲身经历了通过革新而实现无汞干电池的研发过程。在化学工程专业中，专攻金属回收领域，并以“从魔法电池中回收有价金属”为论文题目进行创作。
译者
张小猛，中南大学MBA，现任美的集团东芝并购整合IT项目总负责人，主要负责美的集团海外IT整合工作。具有10多年在一流高科技公司（均为世界50强公司）的工作经验（日本电话电报→日立咨询），曾经任职于国内成长型的装备制造企业明珞装备制造有限公司，负责公司IT部门运营与开发工作。
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| 目錄：
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目 录
译者序
原书前言
第1章电池是什么 1
将能量转化为电能的机制
1-1电池支撑着世界 2
锂离子电池、干电池
1-2按电池的原理分类 4
化学电池、物理电池、生物电池
1-3 对一次电池进行分类 6
湿电池、锌系、锂系
1-4 按电池形状分类 8
圆柱形、纽扣形、圆形、硬币形、针形、方形、扁平形
1-5 电池的起源和历史 10
巴格达电池、动物电、伏打电堆
1-6 世界上首个化学电池的诞生 12
伏打电池、电子、电流
1-7 世界上首个化学电池的工作原理 14
离子化倾向、电解质、氧化反应、还原反应
1-8 世界上首个化学电池未能实用化的原因 16
氢气气泡、极化、氧化亚铜
1-9 通向下一代电池的开发 18
丹尼尔电池、隔膜、电中性原理
1-10 与锌锰干电池相关的电池开发 20
勒克朗谢电池、二氧化锰、氯化铵
1-11 不会泄漏液体的“干式”电池诞生 22
加斯纳干电池、屋井干电池
实践活动 来动手制作一个硬币电池堆吧 24
第2章一次电池 25
最广泛使用的一次电池
2-1 电池的基本结构和工作原理 26
电极、电解质、集流体、短路电路
2-2 电池性能的参数指标 28
标准电极电位、额定电压、电池容量、能量密度
2-3 成为电池普及契机的干电池 30
锌锰干电池、氯化锌、还原剂
2-4 功率强大且持久的电池 32
碱性锌锰干电池、氢氧化钾、锌粉
2-5 棘手的自放电解决方案 34
自放电、汞合金、氢过电压
2-6 实现无汞化的道路 36
水俣病、无汞化（Zero）、氢气、电解二氧化锰
2-7 干电池中99%的故障出于安全原因发生 38
过放电、反向连接、垫圈
2-8 因公害问题而消失的电池 40
锌汞电池、放电电压、氧化汞
2-9 在手表中深受欢迎的小型电池 42
银锌电池、氧化银、银
2-10 长期使用在助听器中的电池 44
锌空气电池、助听器、氧气
2-11 一次电池之王 46
锂、锂电池、锂一次电池
2-12 在家用设备供电中大显身手的电池 48
锰酸锂电池，内包外结构、螺旋结构
2-13 具有高耐热性和可使用10年以上的电池 50
氟化石墨锂电池、汽车配件、碳
2-14 日本No.1!高电压、长寿命的电池 52
锂亚硫酰氯电池、氯化锂、被膜
2-15 在人工心脏起搏器中使用的电池 54
锂碘电池、碘化锂
2-16 比干电池更持久的电池 56
锂硫化铁电池、锂氧化铜电池、二硫化铁
2-17 比碱性锌锰干电池持久17倍的电池 58
镍干电池、羟基氧化镍、初始电压
2-18 大容量且能保持一定电压的电池 60
氧化物干电池、高性能碱性锌锰干电池
2-19 使用水的电池:创新储能方式 62
水电池、镁合金、注水电池
2-20 使用海水的电池 64
海水、海水电池、镁注水电池
2-21 能够长期保存的电池 66
储备电池、熔融盐电池、发热剂
实践活动 来制作柠檬电池吧 68
第3章可重复使用的电池 69
支撑社会发展的二次电池（蓄电池）
3-1 电气储存电池 70
二次电池、放电、充电
3-2 二次电池的分类 72
民用、车载用、固定放置用
3-3 拥有最悠久历史的二次电池 74
铅酸蓄电池
3-4 充电式电池为何不能永久使用 76
逆反应、硫酸化现象、过充电
3-5 蓄电池的种类 78
膏式、栅式与记忆效应揭秘
3-6 蓄电池结构 80
蓄电池的奥秘:单体电池、通风型与密闭阀控式的结构解析
3-7 曾经在小型家电中大显身手的电池 82
镍镉电池、镉、羟基氧化镍
3-8 为何电池领域仍持续选用镉 84
痛痛病与氧气
3-9 关于放电后未即时充电的误解 86
完全放电、刷新操作及制造禁令
3-10 爱迪生发明的电池 88
爱迪生、镍铁电池
3-11 再次成为焦点的二次电池 90
碱性二次电池、镍锌电池、循环寿命
3-12 充放电过程中引起的故障 92
枝晶、树状结晶、离子导电膜
3-13 使用氢的二次电池 94
镍氢电池、贮氢合金、混合动力汽车
3-14 使用氢的二次电池工作原理 96
MH、刷新功能、充电保养
3-15 在宇宙中活跃的使用氢的电池 98
Ni-H 2 电池
3-16 能够储存大量电能的二次电池 100
NaS电池、β-氧化铝、熔融盐二次电池
3-17 储存较大能量的二次电池注意事项 102
金属钠、模块电池、NaS电池系统
3-18 在偏远地区活跃的二次电池 104
偏远地区电网、混合储能系统、智能电网
3-19 在日本实现实用化的大规模二次电池 106
氧化还原液流电池、钒系、液流电池
3-20 安全且寿命长，期待普及的二次电池 108
价数、钒离子、常温反应
3-21 未能广泛普及的二次电池 110
斑马电池、氯化镍、氯化铝钠
3-22 多次被期待实用化，至今仍在研究中的二次电池 112
溴、卤素、锌溴电池
3-23 可以充电的一次电池 114
烫伤危险、禁止充电、锌空气二次电池
实践活动 用备长炭制作铝空气电池 116
第4章彻底改变我们生活的电池 117
锂离子电池及同类电池
4-1 选择不使用金属锂 118
锂离子电池、金属锂、吸附
4-2 锂离子电池的诞生 120
石墨、层状结构、插层反应
4-3 划时代的电池放电反应 122
钴酸锂、钴酸锂电池
4-4 划时代的电池充电反应 124
离子的往返、电极的溶解与析出、摇椅式电池
4-5 钴酸锂电池:标准的强者 126
钴、能量密度与有机溶剂
4-6 锂离子电池的形状与用途 128
叠层形、层压薄膜、聚合物状
4-7 锂离子电池的分类 130
含有锂离子的复合材料
4-8 无钴锂离子电池 132
锰酸锂离子电池、锰酸锂、尖晶石型
4-9 被全球电动汽车制造商选中的锂离子电池 134
磷酸铁锂离子电池、磷酸铁锂、橄榄石型晶体结构
4-10 弥补钴系缺点的锂离子电池 136
三元系锂离子电池、三元系、三种混合
4-11 弥补镍系缺点的锂离子电池 138
镍系锂离子电池、镍系、氧化镍酸锂
4-12 被叠层保护的锂离子电池 140
锂离子聚合物电池、聚合物、凝胶状
4-13 使用非石墨负极活性物质的锂离子电池 142
钛酸锂、钛酸系锂离子电池
4-14 使用锂合金的锂二次电池① 144
锰酸锂二次电池、锂铝合金、锰锂二次电池
4-15 使用锂合金的锂二次电池② 146
钒锂二次电池、铌锂二次电池
4-16 电动汽车普及的关键 148
全固态电池、固体电解质、玻璃陶瓷
4-17 备受期待的拥有最高能量密度的锂二次电池 150
锂空气二次电池、金属空气电池、催化剂
4-18 可大型化也可小型化的锂二次电池 152
锂硫电池、硫、中间产物
4-19 下一代电池的有力候选 154
钠离子电池、全固态钠离子电池、钾离子电池
4-20 大容量且安全的非锂离子电池 156
镁、多价离子、多价离子电池
4-21 混合了两种电池的锂系电池 158
锂离子电容器 实践活动 思考阳台发电所需的工具 160
第5章担当清洁、安全发电使命的电池 161
助力解决下一代能源问题的燃料电池
5-1 能产生水和电的电池 162
燃料电池、电能、电解
5-2 用电分解水 164
燃料电极、空气电极、阳离子交换型
5-3 掌握巨大能量的钥匙:氢气 166
氢气、能量效率、多孔性结构
5-4 燃料电池的分类 168
按电解液种类、燃料种类、运行温度分类
5-5 在宇宙中活跃的燃料电池 170
碱性燃料电池、阴离子交换型、氢氧根离子
5-6 能有效利用废热的燃料电池 172
磷酸燃料电池、中毒效应、改质处理
5-7 适合大规模发电的燃料电池 174
熔融碳酸盐燃料电池、熔融碳酸盐、二氧化碳
5-8 能够长时间使用的燃料电池 176
固体氧化物燃料电池、固体氧化物、氧离子
5-9 解决能源问题的下一代燃料电池 178
固体高分子燃料电池、固体聚合物、水分管理
5-10 有望实现小型轻量化的燃料电池 180
甲醇、直接甲醇燃料电池、交叉渗透现象
5-11 利用微生物酶产生电力 182
生物燃料电池、酶
5-12 在家制造电力和热水 184
能源农场、家用燃料电池
实践活动 用铅笔和水制作燃料电池 186
第6章将光和热转化为电能 187
探索无化学反应的物理电池
6-1 将太阳光转化为电能的电池 188
太阳能电池、光生伏打效应、太阳能发电、硒太阳能电池
6-2 太阳能电池分类 190
硅系、化合物系、有机系
6-3 太阳能电池不可或缺的材料 192
半导体、n型半导体、p型半导体、空穴
6-4 最普遍的太阳能电池 194
耗尽层、反射防止膜、铝电极
6-5 下一代强有力的太阳能电池 196
色素增感型太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、钙钛矿
6-6 从热中提取电力的电池 198
泽贝克效应、热电池、热电转换元件
6-7 从核能中制造电力 200
核能电池、放射性物质、钚
6-8 不发生化学反应就能储存电力的蓄电装置① 202
电容器、介电极化、双电层、双电层电容器
6-9 不发生化学反应就能储存电力的蓄电装置② 204
阳离子、阴离子 实践活动 自制莱顿瓶（电容器） 206
第7章电池世界 207
处于变化之中的日本电力能源
7-1 可再生能源的电力储存与二次电池 208
化石燃料、稳定供应、电力储存
7-2 将二氧化碳排放量降至零 210
碳中和、1.5℃、温室气体
7-3 改变日本能源结构的电动汽车 212
电动汽车、零排放电源、能源结构
7-4 发电厂虚拟化 214
虚拟电厂、物联网技术、聚合商
7-5 解决可再生能源问题的负瓦特交易 216
需求响应、电价型需求响应、激励型需求响应（负瓦特交易）
7-6 锂离子电池的回收 218
回收、精炼废弃物、再利用
实践活动 尝试在阳台上安装太阳能发电系统 220
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| 內容試閱：
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原书前言
小时候，干电池驱动的玩具总是电量“告急”，玩不了多久就“罢工”了。但没过多久，随着口碑良好的电池纷纷上市，“随身听”也走进了人们的生活，可重复充电的电池变得随处可得。我这才惊觉，自己已然被各种各样的电池包围了。那时的干电池含有汞、充电电池含有镉等有毒金属，我心里不禁犯嘀咕:电池这种便利性，是不是用环境作为代价换来的呢?很快，标榜“环保”的无汞干电池和不含镉的新型充电电池相继问世，它们都是日本制造商在全球率先商品化的成果。那一刻，我深切感受到了“技术革新能够同时实现便利与环保”的魅力。
如今，与我们生活最贴近的电池，无疑是智能手机中使用的锂离子电池。日本的吉野彰博士因参与研究开发锂离子电池而荣获2019年诺贝尔化学奖，那场景至今仍历历在目。其获奖理由是“对智能手机和PC等信息化社会产品的卓越贡献”及“有望解决环境问题的巨大潜力”。这无疑是对“技术革新可以同时实现便利和环保”这一观点的有力肯定。尽管关于锂离子电池的新闻报道铺天盖地，但大多数人对锂离子电池及其他电池的内部构造和工作原理却知之甚少。于是，在本书中，我打算先梳理电池的种类，再沿着它们的发展历程，阐释各种电池的特性与结构。为了让不擅长化学方程式的读者也能轻松理解，我尽可能简化了表述，哪怕是专业知识，也力求通俗易懂。
锂离子电池已然成为21世纪的“石油”，但其诞生背后，凝聚着无数研究人员和技术工作者的心血与汗水。了解这些电池的种类及历史，你便能预见未来的发展趋势，感受科技的力量与魅力。
中村信子
译 者 序
作为一家上市公司的首席信息官，同时也是多个科技企业的数字化客座顾问，科技已然成为我日常工作中密不可分的一部分。每日沉浸于前沿技术的浪潮里，助力公司数字化转型一路乘风破浪，每一次攻克技术难题，推动项目进展，都让我对科技的力量有更深的体悟。而忙碌之余，探寻不同领域的科技发展趋势，更是我多年来难以割舍的爱好，就像一位执着的探险家，在科技的浩瀚星空中不断追寻新的奥秘。2024年春，当我初次翻开《极简图解电池基本原理》的原著时，心中满是对即将开启的本书翻译工作的期待，也深知自己肩负着一座知识桥梁搭建者的重任。身处这个科技日新月异、能源转型加速的时代，全世界都在为应对气候变化、实现可持续发展而殚精竭虑。能源，无疑成为了贯穿经济、生活、环境等诸多领域的核心议题，而电池技术更是这其中最为耀眼且关键的突破点。
在中国，电池行业正呈现出蓬勃发展的态势，展现出强大的市场活力与技术潜力。从新能源汽车领域来看，2024年中国新能源汽车产销量分别完成1288.8万辆和1286.6万辆，同比分别增长34.4%和35.5%，新能源汽车新车销量达到汽车新车总销量的40.9%。作为新能源汽车“心脏”的动力电池，需求也随之水涨船高。预计2025年全球新能源汽车销量将继续保持增长，这将进一步推动中国动力电池产业的发展。在储能领域，中国同样表现出色。
相关资料显示，截至2024年年底，中国新型储能装机规模首次超过抽水蓄能，锂离子电池储能成为市场占比最大的储能技术，累计达78.3GW/184.2GW·h，功率/能量规模同比增长126.5%/147.5%。2024年中国新增新型储能投运装机规模43.7GW/109.8GW·h，同比增长103%/136%，且新增新型储能投运项目数量同比增长182%，百兆瓦级项目数量增速明显。预计到2025年年底新型储能累计装机规模将超过100GW。此外，固态电池等前沿技术的产业化进程也在不断提速。2024年6月，工业和信息化部发布的《2024年汽车标准化工作要点》明确提出，围绕固态电池等新领域，前瞻研究相应标准子体系，支撑新技术创新发展。全球首条GW·h级新型固态电池生产线也于当年11月正式落户安徽芜湖。据国盛证券预测，2025年全球固态电池需求量为17.3GW·h，市场前景广阔。
从日常为我们电子设备供能的小小电池，到驱动电动汽车驰骋的强大电源，再到支撑大规模储能系统稳定运行的电池方阵，电池已然全方位融入了现代社会的肌理，在中国更是成为推动经济发展和能源转型的重要力量。原著的开篇巧借神秘而又古老的巴格达电池，瞬间将读者拉回到数千年前人类对电的最初探索时光，由此顺藤摸瓜般地梳理出一条清晰且引人入胜的电池发展脉络。一次电池家族中的锌锰干电池，虽看似普通，但其内部精妙的化学构造和稳定的供电机制，让我不禁惊叹前人智慧与现代科技传承的奇妙融合;还有那应用广泛的铅酸蓄电池，解读其充放电过程中的复杂物理化学变化，如同拆解一台精密机器，每一个细节都不容小觑。
随着书页的翻动，锂离子电池、燃料电池等前沿技术篇章跃然眼前，仿佛一扇通往未来能源世界的时空之门缓缓敞开。这些技术不仅承载着科学家们攻克能源难题的雄心壮志，更预示着人类社会即将迎来的翻天覆地的变革。翻译过程中，为了精准把握那些新兴术语和复杂工艺描述，我查阅了大量的专业文献，与国内外专家频繁交流探讨，力求让读者能够原汁原味地领略到前沿科技的魅力。特别是书中第6章，将电池置于波澜壮阔的新能源变革浪潮之中，深入剖析其在太阳能、风能等间歇性能源存储与释放过程中的关键角色，让我们清晰认识到电池是如何成为稳定能源供应网络的中流砥柱;而第7章聚焦日本这个资源匮乏却又科技发达的国度，探讨其在可再生能源发展道路上遭遇的重重困境与破局之策，为全球能源转型提供了极具价值的镜鉴。
全书采用图解形式，把原本晦涩难懂、充斥着专业公式与术语的电池知识，转化为一幅幅直观形象、易于理解的精美图示。这一设计极大地降低了阅读门槛，使得专业人士能够借此深化专业知识，查漏补缺;而广大科技爱好者也能凭借它轻松叩开电池科技的大门，一窥其中奥秘。业余时间，我毅然投身于这本书的翻译工作，正是源于内心深处对知识传播的热忱，渴望将这一电池领域的集大成之作引入中国，让更多人能够紧跟能源发展的时代脉搏，在电池技术的浩瀚星空中找到前行的方向。
在漫长而艰辛的翻译过程中，每一个挑灯夜战的时刻，每一次攻克术语难关的喜悦，都化作了此刻笔下的深情。我衷心期望，每一位翻开这本书的读者，都能获得非厚的收益，与我一同沉醉于电池世界的无穷魅力之中，携手迈向更加绿色、智能的未来能源之路。
2025年1月23日
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