响100亿次,放电180年的牛津电铃,科学家却不知电池构造?

电池可能是我们最不可缺少的“战略物资”,毕竟天天捧在手里,比老婆还亲的手机中就有一块大电池,除了这个以外,干电池,18650锂电池,还有电动自行车上的铅酸电池和工业蓄能中电池,甚至科学上还有深空探测中的核电池!

无疑这些电池都是现代科技的杰作,但无论哪种电池都有一个寿命,不是几小时,了不起几天,就是核电池也就几十年,但笔者今天要给大家介绍一种持续供电180年之久的神秘电池,因为它从1840年被展出以来,一直为一个电铃供电,按它的振动频率来看,已经持续打铃100亿次!

牛津电铃的电池,科学家一脸懵逼

在牛津大学的克拉伦登实验室里有一个180多年前的老古董电铃,被双层玻璃封在一个封闭的空间中,但请不要以为这是个摆设,它是一个正在工作的电铃,而且从1840年被购买以来,它一直就在正常工作,请注意,这个电铃没有任何电线接到外界,全部的能量来自于内部的两个干电池!

克拉伦登实验室

牛津电铃的结构组成

这个神秘的电铃结构非常简单,两个电池组成一个串联的电堆,在两个电池串联正中位置悬挂一根细丝,末端吊着一个4毫米直径的金属球体,两个电堆的另一端是半球形黄铜球体,也兼做撑脚,整体结构如下图:

牛津电流结构图

当小球碰到一个铃铛时,它会被干电堆充电,然后又被静电排斥,再另一个铃铛吸引,如此反复形成周期约为2HZ震荡的敲铃声!每执行一个周期,只会有极其少量的电荷从一个钟罩带到另一个钟罩,因此它非常省电!

但我们知道,只要不是永动机即使再省电它仍然是消耗能源的,而从1840年起,到2020年已经连续不断敲响了180年,而有据可查的资料称这个电铃可能制造于1825年!

可能于1825年被制造

那么从制造的那一天开始到现在,已经过去了195年,试想哪种设备可以用195年?加利福尼亚州利弗莫尔消防站里1901年被点亮的灯泡,持续亮了119年,人们都已经目瞪口呆,而这次却是一个自供电的电铃,因为这个电铃的电源就是被封在玻璃罩内的两个神秘电池!

加利福尼亚州利弗莫尔消防站的百年灯泡

到底是什么电池,能用那么久?

曾经有人将牛津电铃作为永动机的典型,毕竟在外人看来,没有什么电池能达到连续工作195年之久,绝对超出了人类所能想象的范围之外,但很明显作为相信现代科学的科学家来说,永动机是不可能的!

牛津电铃的电池利用的是静电排斥吸引原理,因此这个电池是一个高压电池,由于被熔融的硫涂覆以作绝缘,科学家看不到内部结构,另外由于拆卸担心让这个电铃停止,因此也没有人敢于承担这个巨大的责任,因此到现在为止,科学家只能猜测这个电池的结构!

这种电池可能是赞伯尼电堆,这是朱塞佩·赞博尼在1812年发明的一种电池,赞伯尼电堆是一种静电电池,由银箔、锌箔和纸的圆盘叠加构成,一个赞伯尼电堆可能有几千个这样圆盘叠加组成,然后在带有端盖的玻璃管中压缩,并浸入熔融硫中进行绝缘!

伯尼电堆

每片圆片的电压为0.8V,因此这个电池的电压高达几千伏,但它能提供的电流只有纳安级别,它的内阻极大,即使短路也不会让其烧毁,而是会逐渐消耗在内阻中!当然科学家并没拆解电池,牛津电铃中电池的结构仍然是个谜,关于电池结构的所有结论还是个猜测而已!

能参考改进下现代电池?

假设牛津电铃的电池是赞伯尼电池,那么答案是很明显的,静电电池不适合作为现代电子设备的电源,而且它那极高的电压,极低的供电电流,成事不足败事有余,因为没有一个电子设备能接受几千伏电压供电,它的出现只会将电子设备击穿报废!

延伸阅读:现代电池的原理

现代应用最广泛的有两种电池,一种化学电池,另一种则是核电池,比如铅酸电池、锂电池或者液流电池等,都属于化学能,原理则是电池内部进行氧化、还原等化学反应的结果,干电池填充的则已经是还原反应用的材料,相当于已经用化学的方式充能了,使用时则是还原反应放电!

无论哪种化学电池,它都有一个自放电现象,也就是即使没有用电,电池内部也在缓慢的进行放电,这就是电池储存一段时间后就没电的原因,无论是铅酸电池还是锂电池,都要进行适当的保养,比如隔三差五充个电,用一下电池等等!

还有一种则是利用放射性材料的衰变能产生电能,有两种方式,一种是热转换,放射性衰变会产生热能,利用热电效应或者光电效应甚至废热推动斯特林发动机工作发电,还有一种则是非热转换,它利用衰变时候的电子直接发电,不涉及热转换。

核电池结构

热转换功率比较大,非热转换结构简单,两种都有优势,比如后者可以装进心脏起搏器,但很抱歉,无法给手机或者汽车供电,不是成本太高就是供电电流太小,它的用途仍然只是在特定场合,比如旅行者一号和二号探测器的电源,还有嫦娥四号月面过夜保温的核电池等!