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為什麼鉛酸電池是汽車啟動的秘密武器？
鉛酸電池是一種可充電電池，最早由法國物理學家加斯頓·普朗特於1859年發明。作為第一種可充電電池，鉛酸電池雖然相對於現代的可充電電池，其能量密度較低，但它們卻能提供高峰值電流，這使得鉛酸電池在汽車啟動等應用中十分受歡迎。
鉛酸電池的低成本和高瞬時電流供應的特性，讓它在汽車啟動時表現卓越。
雖然鉛酸電池的循環壽命一般不到500次深循環，而且充電時間較長，但它們在價格和性能的平衡上仍具優勢。因此，即便高峰電流的重要性不大，鉛酸電池依然在許多場合廣泛應用。根據1999年的數據，鉛酸電池的銷售佔全球電池市場的40-50%。
鉛酸電池的基本工作原理與其化學反應有關。在充電狀態下，負極為金屬鉛，而正極則是二氧化鉛；而在放電時，兩極則都轉化為硫酸鉛。這一過程中，電解液會失去一部分硫酸，變成主要由水組成。
在放電狀態，負極的反應是: Pb(s) + HSO−4(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e−，而正極的反應則是: PbO2(s) + HSO−4(aq) + 3H+(aq) + 2e− → PbSO4(s) + 2H2O(l)。
這種化學反應的關鍵在於其產生的高電流，使得鉛酸電池能夠快速地為汽車啟動馬達供電。與高能量密度的電池相比，鉛酸電池在瞬時電流供應方面的出色表現，正是其在汽車啟動領域成為「秘密武器」的原因之一。
鉛酸電池的歷史背景
鉛酸電池的發明可以追溯到法國科學家尼古拉·戈特羅於1801年的觀察。隨著加斯頓·普朗特的發明，鉛酸電池逐漸發展到了今日的樣貌。1881年，卡米耶·阿爾方斯·福爾提出了改進的設計，使電池更易於大規模生產，並極大提高了電池的性能。
電化學的運作
在鉛酸電池中，電池的工作過程可分為放電和充電兩個主要階段。在放電過程中，化學能轉換為電能，而在充電過程中，則是電能轉換為化學能。這一過程中涉及複雜的離子運動，確保電池的高效運行。
在放電期間，負極所產生的H+離子會移動到電解液中並在正極被消耗，而放電的逆過程則在充電期間發生。
這種電化學反應還使得鉛酸電池的充電狀態可以通過測量電解液的比重來判斷，這是其一大優勢。
鉛酸電池的結構
鉛酸電池通常由多個單元組成，每個單元包含正極、負極和電解液。正負極的材料和設計隨著年代不斷改良，現代電池使用的膠體電解質可以有效防止液體泄漏，使得電池的安裝位置更加靈活。尤其在汽車中，鉛酸電池能夠承受各種横置和直立的安裝方式。
應用領域
除了汽車啟動，鉛酸電池還被廣泛應用於備用電源系統、通訊網絡中的儲能等，特別是在需要高穩定性的應用場景中。例如，醫院中的高可用性應急電源系統，常常依賴鉛酸電池以確保在斷電情況下的安全運行。
鉛酸電池憑藉其高電流供應能力、成本效益以及相對成熟的技術在汽車啟動等領域佔據了重要地位。 隨著科技的進步，面對新技術的挑戰，鉛酸電池能否維持其市場地位呢？
