電池的過去與未來

過去的電子設備大多以鎳氫或鎳鎘電池供電，到了智慧型手機的時代，都改用鋰電池、鋰聚合物電池。如果沒有電池供電，手機族的生命大概都停擺了。2019年日本更展示了以世界上第一個使用硫化物基固體電解質的全固態電池「AS-LiB」，將於2025年後投入車用市場。電池這個美妙產品，如何發明的？

早期 「Battery」一字是軍事名詞，係指一堆武器的群集(用以作戰)。1748年某日，富蘭克林(Benjamin Franklin)將幾個萊頓瓶(Leyden Jar)放在一起所示，稱之為「A Battery of Leyden Jars」，後人就以Battery稱呼電池，其實電池的原理和萊頓瓶電容器(Capacitor)大不相同。

1780年，義大利波隆那大學(Bologna University)解剖生理學教授伽伐尼(Luigi Galvani)無意間將一隻解剖的青蛙觸擊到萊頓瓶，結果蛙腳劇烈抽搐。他認為這是一種「動物電」(Animal Electricity)，來自於青蛙神經中一種看不見的生命流體，以金屬導線為通路，在屍體脊椎骨和腿神經之間流動，刺激了青蛙的肌肉，發生痙攣現象。

1793年， 義大利帕維亞大學(University of Pavia)物理學教授伏特(Alessandro Volta)提出了不同於「動物電」的觀點，他認為電流是由於金屬接觸而產生的，與金屬板是否壓在動物身上無關。經過實驗，伏特觀察到金屬有一種序列關係：鋅、鍚、鉛、銅、銀、金等。只要將這個序列裡前面的金屬與後面的金屬相接觸，前者就帶正電，後者帶負電，在序列中的距離越遠，帶電越多，產生的電流也越強。

伏特製作了有名的「伏特電堆」，將許多圓形的銅片和鋅片相間地疊起來(所以稱為電堆)，每一對銅、鋅片之間隔了浸鹽水的麻布片。再以2條金屬線分別將頂面的鋅片和底面的銅片焊接起來，2條金屬線間可以量測到電壓。金屬片對數越多，電力越強。伏特電堆能提供較強、較穩定，而且持續的電流，這是第一個實用的電池，對於後來電磁學的研究，有重大的影響。

1836年英國人丹尼爾(John Daniel)大幅改進伏特電池，發明了丹尼爾電池(Daniel Cell)，用於電報系統。丹尼爾是倫敦國王學院(King's College London)化學系的第一位正教授。我曾於1999年訪問倫敦國王學院，想在該校的Maughan 圖書館查閱丹尼爾教授的電池設計圖原稿，可惜尋覓不到。1859年法國人普蘭奈(Gaston Plante) 發明可以重複充電的電池，使用於汽車。早期的行動電話使用鎳氫電池(Nickel Metal-Hydride Battery)。

今日的手機製造商則逐漸採用高分子鋰電池(Lithium-Polymer Battery)，這種電池很輕，並且可以塑造成不同形狀。而早期手機的電池充電器五花八門，讓使用者極為困擾。2009年2月GSM協會(GSM Association)決議採用一個標準的手機充電器介面，我們不必再保留各式各樣的充電器了。