科普：电池这么重要的技术，是怎么发明出来的呢？

根据伏打的结论，只要有两种不同的金属，有传导离子的媒介，很多东西都可以做电池，浸了盐水的纸也可以用来做电池。一个比较有趣的事情，我们用水果也可以做电池，如下图。

电池是如何进行充放电的？

十九世纪以来，很重要的一件事是铅酸电池的发展，铅酸电池是1859年发明的，电动自行车等很多场景用的就是铅酸电池。1990年商业化的锂离子电池也是一个重要的里程碑。现在已经有一个庞大的电池家族，除了刚才展示的化学电池，还有太阳能电池、温差电池、核电池、燃料电池、生物电池，其中像太阳能电池、温差电池属于能量转换装置，刚才讲的化学电池如果是可充电电池，都是储存式电池。

电池是怎么工作的？我们通过锂离子电池了解一下。普遍的摇椅式的锂离子电池，它的工作原理可以通过两个图来做一些粗浅了解。

左图右上角显示电池的状态是空的，说明它是全放的状态，也就是放电完了。这个视频要演示在充电的过程中间，电池内部发生了什么。大家注意几个点，红的颗粒代表锂离子，蓝的小颗粒代表这里面产生的电子。可以看到电子在电池的外面，从右边走到左边，锂离子从电池的内部从右边走到左边。到左边的过程，实际上就是充电的过程。

对应的，右图显示的是放电的过程，锂离子在电池内部运动，从左边走到右边，电子在外部的电路运动，也是从左边走到右边。这就是它充放电过程的机制。

这样一个来回移动的过程，为什么可以储存能量，这个能量怎么来的？

来看一下能量空间，用一个水池做类比。左边是负极，右边是正极，绿色的像水一样的就是锂离子或者电子，初始状态是充满能量的。

刚开始是放电的过程，这些能量比较高的电子或锂离子把它的能量放掉，两个电极之间逐渐拉平，能量逐渐拉平，这是一个自发的过程。

充电的时候，则通过外界的电把能量储存进去，锂离子和电子的势能增加，就把能量充进去。这样一个充放电的过程，电子和离子在不同的位置，但是它的能量有升高和降低，这就是整个锂离子电池储存能量的工作原理。

七道工序铸就锂离子电池

知道这个原理之后，再来看看这么多锂离子电池，它是怎么被生产出来的？

锂离子电池生产的第一道工序是混浆，把活性电极材料、导电添加剂、黏合剂都混在一起，这里有一个搅拌机，把它搅拌成均匀分散的浆料。第二步是涂布，把黑乎乎的浆料涂到极片的集流体上。第三步是裁剪，把涂好的极片裁剪成所需要的形状。

这个是极耳，极片的耳朵，是把电引出来的地方，极耳是很多时候电池出问题的原因，大家知道前些年三星手机电池爆炸，经过详细调查以后，发现问题就出在极耳有短路的可能性，最终导致电池爆炸。

下一步就是这些电池要叠片，刚才讲到电压不够时我就把它叠的多一点，实际上在电池里面也是一样的，在内部也需要把更多的电能储存进去，所以要叠很多的片。第五步把叠好的片子放到一个外包的壳里面，装成一个袋子。第六步注液，就是把电解液装到这个袋子里面去，这个电解液是离子传导的媒介，就象刚才水果电池里的媒介柠檬一样。最后把电池封装起来，拿去做测试或者使用。

可以看到，在一个工厂里面，电池的生产步骤牵涉到很多，从材料、设备、工艺到自动化控制。

电池续航、安全等困境：前沿研究能解决吗？

当前电池研究在做什么？大家已经看到，可以通过自动化工厂生产很多电池，那么现在的电池还有些什么问题，为什么还要做研究？

第一个研究方向是提高电池能量密度。大家如果自己开电动汽车，经常碰到里程焦虑，眼看电池显示快没电了，但是还没有到下一个充电站，就会有里程焦虑。