第4节 专用电池(修订中)
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# 1. 水银标准电池
早在电气测量技术的早期，一种称为_汞标准电池_的特殊类型的电池被广泛用作电压校准标准。汞电池的输出为 1.0183 至 1.0194 伏直流电（取决于电池的具体设计），并且随着时间的推移非常稳定。宣传的漂移约为每年额定电压的 0.004%。汞标准电池有时被称为_韦斯顿电池_或_镉电池_。
不幸的是，汞电池相当不能容忍任何电流消耗，甚至不能用模拟电压表测量而不影响精度。制造商通常要求通过电池的电流不超过 0.1 mA，甚至这个数字也被认为是_瞬时_的或_浪涌_最大值！因此，标准电池只能使用电流消耗几乎为零的电位（零平衡）设备进行测量。禁止将汞电池短路，一旦短路，电池就再也不能作为标准设备使用。
# 2. 汞标准电池的类型
如果受到物理或热干扰，汞标准电池也容易受到电压轻微变化的影响。为不同的校准目的开发了两种不同类型的汞标准池：饱和_和_不饱和. 饱和标准电池随着时间的推移提供最大的电压稳定性，但以热不稳定性为代价。换句话说，它们的电压随着时间的推移几乎没有漂移（在十年的时间里只有几微伏！），但往往会随着温度的变化而变化（每摄氏度几十微伏）。这些电池在长期稳定性至关重要的温控实验室环境中发挥最佳作用。不饱和电池以牺牲稳定性为代价提供了热稳定性，随着温度的变化，电压几乎保持恒定，但每年以约 100 µV 的速度稳步下降。这些电池在环境温度无法精确控制的情况下，作为“现场”校准设备发挥最佳作用。饱和电池的标称电压为 1.0186 伏，而 1。
现代半导体电压（齐纳二极管 (opens new window)稳压器）参考已取代标准电池作为实验室和现场电压标准。
# 3. 燃料电池
与原电池密切相关的一个引人入胜的设备是_燃料电池_，之所以这样称呼，是因为它利用燃烧的化学反应来产生电流 (opens new window)。化学氧化过程（与其他元素的氧离子键合）能够在两个电极之间以及金属和电解质的任何组合之间产生电流。燃料电池可以被认为是具有外部供应化学能源的电池。
迄今为止，建造的最成功的燃料电池是那些使用氢和氧运行的燃料电池，尽管已经对使用碳氢燃料的电池进行了大量研究。在“燃烧”氢气时，燃料电池唯一的废物副产品是水和少量热量。当使用含碳燃料运行时，二氧化碳也会作为副产品释放。由于现代燃料电池的工作温度远低于正常燃烧的温度，因此在所有其他因素相同的情况下，不会形成氮氧化物 (NOx)，因此污染程度要低得多。
燃料电池从化学到电能的能量转换效率远远超过了内燃机的理论卡诺效率极限，这对于发电和混合动力电动汽车来说是一个令人兴奋的前景。
# 4. 太阳能电池
另一种“电池”是_太阳能电池_，它是电子领域半导体革命的副产品。光电效应，即电子在光的影响下从原子中脱离，在物理学中已为人所知数十年，但只有随着半导体技术 (opens new window)的最新进展，才出现了一种能够在任何实际程度上利用这种效应的设备。硅太阳能电池的转换效率仍然很低，但它们作为电源的好处很多：没有运动部件、没有噪音、没有废物或污染（除了太阳能电池的制造，这仍然是一个相当“肮脏”的行业） ) 和无限期的生命。
太阳能电池技术的具体成本（美元/千瓦）仍然非常高，除非技术取得某种革命性进步，否则几乎没有显著降低的前景。与由半导体材料制成的电子元件不同，由于更好的质量控制，电子元件可以做得越来越小，废料也越来越少，而制造单个太阳能电池仍然需要与三十年前相同数量的超纯硅。卓越的质量控制无法产生与芯片和晶体管 (opens new window)制造中相同的生产增益（其中孤立的杂质斑点会破坏一个硅晶片上的许多微观电路）。相同数量的杂质夹杂物对 3 英寸太阳能电池的整体效率几乎没有影响。
# 5. 化学检测单元
另一种特殊用途的“电池”是_化学检测电池_。简而言之，这些细胞与空气中的特定物质发生化学反应，产生与该物质浓度成正比的电压。化学检测池的一个常见应用是检测和测量氧气浓度。围绕这些小型电池设计了许多便携式氧气分析仪。必须设计电池化学成分以匹配要检测的特定物质，并且电池确实倾向于“磨损”，因为它们的电极材料会耗尽或因使用而受到污染。
# 6. 总结
- _汞标准电池_是一种特殊类型的电池，在精密半导体参考设备出现之前曾用作电压校准标准。
- _燃料电池_是一种使用可燃燃料和氧化剂作为反应物来发电的电池。它们是未来有前途的电力来源，“燃烧”排放量非常低的燃料。
- _太阳能电池_使用环境光能将电荷载流子从一个电极驱动到另一个电极，从而产生电压（和电流，如果有外部电路）。
- _化学检测电池_是一种特殊类型的伏打电池，它产生的电压与应用物质（通常是环境空气中的特定气体）的浓度成正比。
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