格罗夫的气体伏打电池

最近，我被Andrew Luck-Baker和Kevin Fong制作的BBC播客深深吸引13分钟到达月球．第二个系列剖析了阿波罗13号的任务，该任务在加压氧气罐爆炸后几乎以灾难告终。三个以氢和氧为燃料的燃料电池立即失效。不仅没有电力来运行飞船上的计算机和仪器，而且宇航员也没有饮用水和冷冻干燥的食物所需的水。

播客提醒我，尽管有无休止的炒作，但自威尔士人威廉·格鲁夫(William Grove)在1839年发现燃料电池以来，很少有真正成功的例子。

格罗夫对科学的迷恋始于他接受律师培训时的副业。由于健康状况不佳，他无法在伦敦林肯律师事务所执业。这种情况让他不得不长时间阅读和自己动手。

从1799年开始伏打据报道，在一系列酒杯中交替放置银片和铜片的雏菊链会产生电活动，欧洲各地的化学家一直在推动电学的发展。威廉·尼科尔森发现了电解。汉弗莱·戴维(Humphry Davy)使用大量的平板(电池)来分离熔盐，并分离出剧烈反应的金属元素。他的前助手法拉第进一步量化了化学和电之间的关系。

虽然伏打电堆非常有效，但它很繁琐，占用了大量空间。极化问题困扰着寻找其他化学发电方法的工作:是的，电流会开始流动，但在几分钟内电压就会下降，电流就会减小到零。最早解决这个问题的人之一是约翰·丹尼尔他将铜和锌电极结合到各自的硫酸盐溶液中，并用多孔屏障将两种溶液分开，从而开发出了一种恒电电池。

在这段时间里，格鲁夫娶了一位皇家学会(RI)成员的女儿，去了法国和意大利，既是度蜜月，也是一次尝试的机会。他开始研究丹尼尔的电池，并惊奇地发现，将电解液从硫酸盐改为硝酸盐对性能有很大的影响。1839年，在返回英国的路上，他写了一篇简短的笔记哲学杂志并在巴黎的Académie des Sciences上展示了改进后的电池。他后来在1839年的英国协会会议上发言，并应迈克尔·法拉第的邀请，在周五晚上在国际扶轮发表演讲。如果说这让他入选了皇家学会，那也让他和丹尼尔发生了不愉快的争吵，丹尼尔相当暴躁地写道，格罗夫的电池只不过是他自己的，只是加了一点硝酸。

在格罗夫1839年那封邮件的末尾，塞着一段完全出人意料的附言。他描述了将部分充满的玻璃管，一个充满氢气，一个充满氧气，放在一个酸罐中，每个管中有两个铂箔电极。当施加电压时，氢和氧从电极上流出。但是，如果铂箔被从液体中推出来与气体接触，就会产生电压。气体可以取代金属发电的想法是令人费解的。

凭借他最初电池工作的优势，格罗夫被任命为伦敦研究所的教授，该研究所已被遗忘为国际扶轮的竞争对手。现在他有时间思考和实验了，他很快就证明了，通过将几个“气体伏打电池”串联在一起，他可以产生“五个人手拉手”都能感受到的震动。在一个特别优雅的实验中，他的五对气体电池可以在第六对中进行电解。在接下来的几年里，他发表了一系列论文，发展了这一想法，研究了不同的气体对，并开始推广电解的概念。他还开始发展一种思想，认为所有的“力”都必须以某种方式联系在一起，在1842年的一次演讲中，他提出了最早的关于能量守恒的陈述之一，比哈曼·冯·亥姆霍兹早了五年。他要把这些想法扩充成一本书论物理力的相互关系这将运行几个版本。格罗夫将成为英国主要的科学政策制定者，在建立政府科学资助体系方面发挥了重要作用。但他的气体电池却蛰伏了几十年。

1890年，路德维希·蒙德复活了格鲁夫的想法，对其进行了改进，并将其重新命名为“燃料电池”，并指出其效率可能超过传统的热机。即使这样也不足以使这种细胞具有商业可行性。直到工程师弗朗西斯·托马斯·培根在20世纪30年代开始研究这个问题，真正可用的燃料电池才开始出现。培根的燃料电池是真正的杰作，它使用熔融的烧碱作为电解质，多孔的镍膜，并在巨大的气体压力下运行。20世纪60年代，美国国家航空航天局授权培根的专利，并与普惠公司签订合同，为太空计划开发电池，为从双子座开始的宇航员提供无声的电力和水。

即便如此，在地球上，燃料电池还没有完全起飞。这会是格鲁夫的愿景最终变成现实的十年吗?毕竟，在地球上，你不需要脆弱的氧气罐。