物理進展與諾貝爾榮耀
楊仲準 中央研究院物理研究所博士後研究員
三百年來，物理科學的發展，似 乎每隔百年便有一顛覆常識的理論問 世。著名的牛頓(Isaac Newton, 1642- 1727)，在18世紀初葉建立了描述物體 運動情形的牛頓力學、描述光傳遞現象 的光學、與教導函數間交叉運算的微積分等基礎理論。19 世紀中，馬克斯威 爾(James Clerk Maxwell, 1831-1879) 奠定了電動力學與氣體動力學基礎。到 了20 世紀初，普郎克(Max Planck, 1858-1947)的黑體輻射理論(1900年)打 開了量子概念的大門。1905到1916年 間，愛因斯坦(Albert Einstein, 1879- 1955)發展的相對論，則是使人類對於 時間與空間的互動、對物質與能量的互換有一全新的認識。
至此之後，一直到現今，可稱為人類科技發展最快也最富 戲劇性的年代。相當巧合的，自1901 年起，依照諾貝爾(Alfred Nobel)的遺 願所設立的諾貝爾獎，以鉅額的獎金獎 勵在物理、化學、醫學、文學與和平等 五個領域中對人類有傑出貢獻的研究學 者。自此諾貝爾獎也成為學術研究的最高榮耀與成就評量。綜觀這百年來的諾貝爾獎所頒給的物理成就，也就是這百年來物理學發展的縮影。現在就讓我們來談談這百年間物理學的發展與諾貝爾獎的關係。
一、由陰極射線開始 自十九世紀末，古典物理學理論 的架構已經趨於完整。當時的學界焦 點，多半放在熱輻射與氣體動力學的問 題上。此外對陰極射線的研究，也正是 一個熱門課題。陰極射線是指在塗有螢 光劑的真空玻璃管內，放置兩個電極 板，在電極上加高電壓。在適當的設計 下，便可以在另一側的管壁上看到淡綠 色的螢光。在當時的科學界並不知道這 個射線是什麼樣的物質或是光線所造 成，而引發一連串的相關研究。諾貝爾物理學獎在與陰極射線直接或間接的研究上，就頒出了許多獎項。首先，我們 先談談陰極射線的副產品-X 光。
1 9 0 1 年的第一屆諾貝爾物理學獎，頒給了發現X 光的倫琴(Wilhelm Conrad Rontgen)。X 光的發現是研究 陰極射線的一項意外發現。當倫琴在研 究陰極射線管時，發現位於玻璃管外塗 有鉑氰酸鋇的紙屏居然也會發出綠光。 確定這個螢光的來源是來自於陰極射線 管後，嘗試著向要擋掉這個光源，卻發 現無論放了黑布在陰極射線管上，或是 在管與紙屏間擋了書籍，都無法阻止它 發光。當他試著用手去做阻擋時，居然 發現這個光照出了他手骨的形狀。也因 此，倫琴做了許多有關X 光的研究而 獲得了第一次諾貝爾物理獎的榮耀。 此後勞厄(Max Von Laue)與布拉格父子 (William Bragg, Lawrence Bragg)研究 X 光通過物體的情形， 而分別獲得 1914 年與1915 年的諾貝爾物理學獎。 西格班(Karl Manne Georg Siegbah)則 是利用分析物質受到電子衝擊發出的X 光光譜而獲得1924 年的物理獎。
回到陰極射線這個主題，由於二 十世紀初對原子的基本結構尚未釐清， 因此對於陰極射線到底是什麼也一直爭 論不休。湯姆生(J.J. Thomson)透過多 種實驗方法，終於認識到陰極射線其實 是一種帶電粒子，稱之為「電子」，並 且算出電子的電荷與質量的比例。湯姆 生也因而得到1906 年的諾貝爾物理 獎。而1905 年，諾貝爾物理獎也頒給 了對陰極射線管做出巧妙設計，可以使 陰極射線透出真空達到外界空氣中的雷 納德(Philipp Lenard)。事實上，雷納德 還有另一個重要的貢獻是發現了光電效 應(見94年3月出刊科學研習)的規律。 而愛因斯坦也就是利用光量子的方法解釋了光電效應而獲得了1921 年的諾貝爾物理獎。 圖一 陰極射線管示意圖。陰極射線管為一支抽到幾乎真空的玻璃管。管中最左方的電極施加高負 電壓，而置中的有孔電極則接上正電壓，使得電子束可以由左方的陰極飛出透過有孔的陽極 打向ZnS 的屏幕。由於電子被ZnS 屏幕阻隔而停止，產生制動輻射(Bremsstrahlung)。此時 若是在電子運動方向外有一個可受X光激發的螢光物質，便會發出螢光。倫琴便是這樣發現 了倫琴輻射，也就是X光。圖中有一組相互垂直的電場與磁場架設，在許多的電子束儀器中 常常出現，稱之為速率選擇器。只有適當速率的電子，才能筆直的通過這個架設。同時陰極 與陽極的電壓差可以換算出電子的行進速率。只要適當的調控加速電壓，便可以由古典的電 磁理論得出荷質比。湯姆生首先發現陰極射線會受到電場與磁場的作用偏折，在由此出發求 出這個帶電粒子的荷質比。
二、量子論與量子力學的發展 前面提到，十九世紀末期，熱輻射 現象也是物理學界亟待解決的一個問 題。維恩(Wilhelm Wien)發明了利用空腔 來構成黑體(blackbody)。所謂的黑體是 指一個物體在任何溫度下能吸收任何頻 率的輻射能。然而，完全黑體並不存 在。接近理想的黑體可以使用密閉的空 腔，對外僅開一小孔，當外界輻射經由 小孔入射於空腔後，雖經多次反射，但 幾乎沒有機會再由小孔射出而留在空腔 內，因此可以視為輻射被空腔所完全吸 收。同樣的，如果將此空腔加熱至某一 溫度，研究分析由此小孔發出的光譜， 則也可視為由相同的溫度的黑體所散發 出來的光。維恩依照古典熱力學的理論以及實驗的分析提出了一個半經驗公 式，可以解釋黑體輻射的短波段部分， 然而在長波段區域卻明顯的無法吻合實 際觀測結果。雖然如此，他還是獲得了 1911 年的諾貝爾物理獎。
為了解決這個 問題，普朗克(Max Karl Ernst Ludwig )提 出了能量僅能具有某些特定量的量子化 概念，並推導出能量量子E 與頻率ν成 正比的著名關係式E = hν。而能完美的 解釋黑輻射的現象，也因此獲得了1918 年的諾貝爾物理獎。受到普朗克的能量 量子化理論的啟發，愛因斯坦(Albert Einstein)利用光量子的理論解釋光電效 應。也因此獲得了1921年的諾貝爾物理 獎。波爾(Niels Henrik David Bohr)提出 了原子內電子的運行軌道與角動量均是 量子化的假設，成功的解釋了氫原子的 吸收與發射光譜，也獲得了1922年的諾 貝爾物理獎。至此，對描述微觀世界的 量子理論的研究，在當時成為一股潮 流。然而由於普朗克與愛因斯坦對光具 量子化的看法，使得光的本質到底是粒 子或是波動引發了爭議。
同時德布羅依 (Louis Victor De Broglie)將光可具有波動 性與粒子性的看法推廣到一般物質，提 出了物質波的概念。他的想法後來用電 子繞射實驗所證實，因而得到了1929年 的諾貝爾物理獎項。而光與物質為何皆 兼具有粒子性與波動性，直到最後波爾 提出了互補原則，才暫時解決了這個問 題。依照波爾的詮釋，光與物質皆同時 具有粒子性與波動性，而粒子或是波的 性質只有透過量測之後，才會表現出 來。而到底是表現粒子性或是波動性， 取決於量測的方法與工具。海森堡 (Werner Heisenberg)、薛丁格(Erwin Schro dinger)與狄拉克(Paul Advien Maurice Dirac)等人總結當時的一些理論 與實驗的結果，提出了較為完備而能描 述原子世界較小物體的運動情形的量子 力學理論。
海森堡利用矩陣代數的方 法，建立了矩陣力學而獲頒1932年的諾 貝爾物理獎。薛丁格則受到德布羅依的 啟發，提出了波動力學和狄拉克的相對 論性的波動力學共同得到1933年的諾貝 爾物理獎。著名的天才費曼(Richard Phillips Feynman)也因在量子電動力學所 做的基礎性研究，對基本粒子物理學具 有深刻影響和斯溫格(Julian Seymour Schwinger)、與朝永振一郎(Sin-itiro Tomonaga)於1965 年得獎。
圖二 (a)黑體輻射示意圖，一個恆溫的黑色空腔開一小孔，在溫度平衡的狀況下，輻射出來的光 稱之為黑體輻射。 (b)實驗值、維恩理論、普朗克理論的比較。圖中可見維恩理論在低頻(也 就是長波長部分)不甚符合，而普朗克理論則可以理想地詮釋黑體輻射。
與磁共舞
文/台中縣自然科輔導團 林宣安
回想起當年唸小學時的印象，生活裡似乎除了玩，還是玩，不像現在的小學生，功練不但越來越多而且更加多元；參觀訪問、查資料、作報告、生態觀察這些作業若非父母協助，一個小學生實在很難獨立完成，所以我一直覺得好像是出給父母的作業，女兒才剛剛養完蠶，參觀過科博館，寫完媽祖的報告，又要閉始養大肚魚了…
孝順的我只好又帶著女兒到水族館開始「我的」養魚生活，買完必要的束西，就開始回家組裝。
幸好曾經養過魚，上乎還不難，只是似乎事情總是不會如想像中的順利。
「老爸，打氣機怎麼都沒有冒泡？」原本想說安排一些簡單的工作給女兒，也讓她有參與感，沒想到又出問題。
「我看看」我接過打氣機，摸了一下出風口，好像真的沒有風耶。
「你到底行不行啊？」可惡，每次都用這招激我，誰不知道妳在想什麼鬼主意？
我瞄了她一眼，「嗯，妳可以那妳自己來！」我順勢將打氣機推給她。
「我可以！那要老爸幹什麼！」她索幸直接坐到我大腿上撒嬌，天啊，這一招使出作老爸的如何抵擋得了。
「哼，都是妳的話，打氣機的出風口完全沒有空氣跑出來，所以問題一定是出在打氣機。」
「廢話，我也知道。」可惡！又打斷我的話。
「同學，麻煩妳聽我說完再評論好嗎？」也許是老師加處女座的職業病吧，我總是習慣「話說從頭」，然後那個「衝衝衝」的牡羊座總是耐不住性子聽我說完。
「一般市售的這種簡易型的打氣機通常是兩個零件組成的（圖一）我一邊說，一邊將打氣機拆開來，這下女兒的興致可來了，遺傳吧！跟她老爸一個樣。 「一邊是打氣機的主體，裡面是一個電磁鐵，不過通常廠商都會將它密封起來，以免不小心浸水。另一個零件是一個橡皮，當橡皮壓縮時，空氣就會打出去了」我突然靈機一動，得好好利用這個機會再來上個理化課，所以故意漏掉了幾個重要的過程不說。
圖一 打氣機由兩個零件組成,左邊是打氣機的主體(電磁鐵),右邊是打氣的橡皮 「電磁鐵…橡皮…」女兒接過這兩個拆下來的零件，自常自語的說。
「電磁鐵是不是就是那個（課本上教過的）電磁鐵。」這是什麼話！如果不是妳老爸還真的聽不懂！
我笑著說，「沒錯！」她大概也沒注意到我在笑什麼。
「那為什麼這樣（裝上電磁鐵後）橡皮就會被壓縮？」太好了！終於發現問題了。
「妳仔細觀察，」我一邊指給她看，一邊說道「橡皮上還裝了一個東西，看到了嗎？」
「好像是一塊鐵片耶我知道了！」她興奮地從我腿上跳了起來，直接就從我的大腿蹬下去，好痛啊！
「對不起，對不起，我太興奮了！」她一臉愧疚的看著我，我咬著牙揮揮手，示意說沒事（眼淚都飆出來了，沒事才怪），要她繼續說下去。「電磁鐵通電後會產生磁力，吸引鐵片，橡皮就會震動了」一副自信的樣子。
「算答對了三分之一而已」
「為什麼？」我瞪了她一眼，她倒是很識相的吐了吐舌頭，馬上就住嘴。
「妳們學校教的電磁鐵是利用電池（直流電）當作電源的，如果用來吸引鐵片…」我看了她一眼，她很機伶的接下我的話。「會吸住！」
「沒錯，因電磁鐵通電後產生磁力會吸住鐵片，但就這麼一下而已，會像妳說的「震動」嗎？」
她皺了皺眉，我知道這個表情代表的意思。
「走，到實驗室！」
「耶！」她迫不及待的拉起我。
「輕點，輕點，我的大腿還在痛。」
女兒雖然個性急了些、脾氣大了些、動作粗魯了些，不過還是很貼心的，她攙扶著我起來慢慢走到屬於我的「秘密基地」（實驗室），我也所幸就讓她服務一下，享受這幾秒幸福的片刻。
我找到幾年前直接利用漆包線圈和電鑽頭作的電磁鐵和用整流變壓器改裝的「簡易直流電供應器」，以直流電通電後吸起桌上的鐵製盒子。
「妳看，鐵盒就直接圾起來而已，並沒有震動！」
女兒嘟著嘴，一臉喪氣的表情，我摸摸她的頭安慰說，「妳沒有答錯，只是不完整而已，我們的（打氣機）電磁鐵並不是通直流電，而是交流電；橡皮上的金屬也不是鐵片，是磁鐵」
我看了看她，等她插話，她反而學起我來，揮揮手示意我繼續說下去。 我再試著以她可以熟悉的語言解釋，「所謂交流電就是正負極會不斷交換的電，所以電磁鐵產生的磁極（N、S極）也會隨著不停轉換。」（圖二）
圖二 一般交流電(市電)的頻率為60Hz,也就是說磁鐵(N、S極)每1/120秒交換一次 「當這樣磁極不停轉換的電磁鐵接近磁鐵時，妳猜會發生什麼事？」我試著丟問題給她，免得她又沒耐心了。
「我們老師教過，同性相斥（N極排斥N極，S極排斥S極），所以」我最喜歡看她思考的表情，也從小訓練她將思考的過程說出來，我才能知道她是怎麼想的。
我望著她笑了一下，鼓勵她繼續說下去。
「所以一下子吸、一下子斥？」她很沒信心的說。
「答對了！」我故意提高的音調，嚇得她抖了一下。
她用力捶了我好幾下：「你很討厭耶！」
「好啦，我們來試試看！」
我將電磁鐵接上（低壓）交流電，一接近磁鐵，就看到磁鐵開始如跳舞般震動了起來。距離越近（不接觸），跳動越厲害，調整至適當的距離甚至可以使磁鐵開始繞圈圈跳舞。
「好玩，好玩，給我！」她興奮的狂叫起來，拿起我的電磁鐵開始與磁共舞！
這時當然得趁勝追擊，「所以當磁鐵和橡皮黏在一起」我嘗試著問她。
「橡皮就會跟磁鐵一起震動了！」
我笑了，很驕傲的笑了！
不過，這才上了半節課。
「還有更有趣的，」我找出「電磁感應發電機—水平型」教具（詳見「發電高手」，作者：林宣安，刊載於科學研習雜誌四十五卷第二期），並從女兒手中拿回電磁鐵。 「當電磁鐵通上交流電時，磁極不停轉換（磁場變化）時會使另一個電磁鐵產生感應電流，所以當通以交流電的電磁鐵接近這個串有LED燈泡的電磁鐵時」我一邊說著，一邊將電磁鐵接近電磁感應發電機教具。（圖三）
圖三 當通以交流電的電磁鐵接近串有LED的線圈時,
因磁極不斷變化發生電磁感應的現象,因而產生感應電流點亮LED燈 「亮了耶！」只見她眼睛如LED般閃亮的起來，女兒似乎從小對自然科學就特別感興趣，老爸與環境使然吧。
「妳再看，距離越近，LED燈就越亮；距離越遠，LED燈就越暗，跟我們剛剛接近磁鐵時的感覺是不是很像？」
「如果將打氣機的主體取代我們自製的電磁鐵，來！試試看和剛剛的實驗結果有何不同？」
女兒手腳俐落的將打氣機插上電源，一接近磁鐵，正如預期的開始跳舞；一接近串有LED燈的電磁鐵，也開始乖乖的發亮！
「跟剛剛的都一樣耶！」
「所以」我試著引導她。
「所以打氣機裡面也是一個通有交流電的電磁鐵」
我在她頭上親了一下，「乖女兒，真聰明！」
「所以打氣機的本體沒有壞囉！」
「到目前的結果看來應該是這樣。」我很保守的說。
「那問題是出在橡皮上了喔？」女兒望著我，一邊拿起打氣機的另一個零件端詳著。
「大概吧！」
女兒一臉無奈的說：「那還是沒結論？」
我帶著詭異的笑容（這是她事後跟我說的），再將橡皮拆解下來，賓果！
「妳看，橡皮的邊緣破了一個裂痕，氣就從這邊跑出來了！」我指著這個「新買的」打氣機說。
「那我們趕快拿去換！」女兒焦急的拉著我的衣服說。
「別急，既然我們已經知道的打氣機的構造，我們自己動手作一個如何？」
知女莫若「父」，我就知道正中她的下懷，只見她眼神一亮，一轉身一副裝乖巧的樣子，馬上在實驗桌前作好；這是我規定的，進實驗室作實驗安全第一，嚴格禁止嬉戲。
「我們利用氣球取代橡皮，再拿這個底片盒當作氣室，把氣球繃緊後黏在底片盒上。」
父女倆七手八腳的，終於將氣球固定在底片盒上，並在氣球中央以彈性黏膠固定上強力磁鐵，再將底片盒另一端的底部鑽了一個洞，塞入塑膠管。
「好了！」女兒喘了一口氣說
「好了？」我反問她，並沒有給她一個答案，「那妳自己試試看囉！」
女兒迫不及待地將塑膠管放入水中，再將通以交流電的電磁鐵接近氣球上的強力磁鐵，只見磁鐵一如預期的帶動氣球開始快速震動，但卻不見水杯裡冒出任何氣體！
「怎麼會這樣？」女兒很失望的說
我反倒是急忙安慰她，「別急，妳再仔細觀察，整個底片盒只有一個出口（連接塑膠管），當塑膠管又放在水中時，是不是相當於整個底片盒（氣室）是一個密閉的環境，當然不會有氣體持續冒出來了啊！」我不知道這樣的解釋是否她可以理解。
「那你為什麼不早說？」
「耶，怎麼反而變成我的錯了！是妳自己說已經做好了的哇。」遇到這個「番婆」我實在有苦說不出。
不過她倒是沒注意到我的情緒反應，自顧自的說著：「那如果在底片盒上再搓一個洞，就可以有空氣補充進去，可是這樣打氣的時候也會從這個洞跑出去啊。」
我順勢接著她的話：「那如果讓底片盒上另外一個洞只能讓空氣進去，塑膠管上的洞只能讓氣體出來。」
「啊！」她突然狂叫起來。「對，對，對！就是這樣！快點，你教我怎麼做！」
「別急！總得讓我找看看啊。」
我在實驗室裡翻箱倒櫃，記得以前曾經留下幾個水族箱用的「單向閥」，只是實驗室東西實在太多，又沒時間整理，只見女兒又在那裡嘀咕。
「就叫你找時間把實驗室的東西收一收，你就每次都這樣，你看，東西又找不到了。」
天啊，現在到底誰是父母，誰是小孩？
「好啦！找到了！」「這個東西叫做單向閥，只能讓氣體或液體單一方向通過，所以我們如果將底片盒旁邊的孔裝上「向內的單向閥」，塑膠管前端裝上「向外的單向閥」我一邊說，一邊將單向閥裝在氣室上。（圖四）
「好了！妳直接用手壓壓看氣球。」
女兒照著我的指示在氣球上壓了幾下：「冒泡了，冒泡了！」
她連忙再將電磁鐵直接靠近氣球上的磁鐵，果然看到水中不斷冒出氣泡，就如同市面上買的打氣機一樣。
「哇，好棒喔！這樣我們就不用買了，就用這個就好了。」她一轉身就要將自己作的打氣機拿去水族箱，我連忙阻止他。
「等等，別急！我們自己作的充其量只是一個教具，如果要長時間通電使用還是買廠商做好的比較安全！」
他有點失望的說：「好吧！哪我們拿去跟老板換。」
我苦笑著：「你認為老闆會給我們換嗎？」
只見她望著桌上拆卸下來的打氣機，狠狠瞪著我：「老爸！」 救命啊！我可是用心良苦耶！
圖四 事售打氣機上的橡皮上也有兩個利用塑膠薄片(綠色部分)做成單向閥 科學動手做 自製電磁鐵
一、器材
小漆包線圈（0 . 45mm）、8mm電鑽頭、絕緣膠帶、銲槍、銲錫、線材
二 、製作方法
1.將兩個市售的小漆包線圈依同方向焊接在一起，再將漆包線兩端焊接出兩條接線，最後外層以絕緣膠布包裹。
2.中間插入電鑽頭（選擇合適漆包線中間圓孔的的電鑽頭，一般使用8mm的電鑽頭剛好），若無法完全密合，可在電鑽頭外層貼上適量的絕緣膠帶，使其剛好塞入孔中。
3.最後將接線固定於電鑽頭上即可。
三、使用方法
◎配合大漆包線圈、感應電流發電機及簡易直交流電供應器等可作多種電磁方面的實驗。
1.將電磁鐵放入大漆包線圈中，連接上檢流計，將直流電源的鱷魚夾在電磁鐵的接頭處來回摩擦，觀察是否有感應電流產生。
2.將電磁鐵接上交流電；檢流計換成6V的小燈泡，觀察燈泡是否會亮。
3.再將大漆包線圈上的小燈泡換成馬達，但因其感應電流亦為交流電，故須先整流後再接上，觀察馬達是否會旋轉？再換上蜂鳴器，「聽」到電了嗎？
小提醒：
整流的方法；可從電子零件行購買封包好的橋式整流器，一般有四個接點，中間為AC輸入，兩側為DC輸出。
4.將接有交流電的電磁鐵靠近原本設計的「感應電流發電機」，觀察LED是否發亮，再將電磁鐵與感應電流發電機的距離稍作調整，觀察距離對感應電流大小的影響。
5.單獨將電磁鐵連接交流電 （將電壓調至最小），試試看是否能吸起鐵片？和利用直流電所吸起鐵片的情形有何不同。
四、成品圖：圖五
圖五 電磁成品圖 自製簡易直交流電供應器
一、器材
可變電壓整流變壓器（需可拆開者）、紅黑鱷魚夾、銲槍、銲錫、線材
二、製作方法
1.將整流變壓器的接頭剪掉，露出內部正負極的導線，可先以三用電表檢驗正負極，再接上紅黑兩色的鱷魚夾擊完成直流電供應器。
2.將整流變壓器拆開，在整流之前（亦即在通過二極體之前）引出兩條導線，極為低壓交流電。
3.整流變壓器的電路板依不同廠牌及型號會有所不同，建議老師可在接出導線之前，先以三用電表檢驗確定。
4.或直接利用可切換極性的整流變壓器，如圖五、圖六改裝。 三、成品圖：圖六
圖六 交流店供應器成品圖 自製打氣機
一、器材
自製電磁鐵、自製簡易直交流電供應器、底片盒、氣球、單向閥、強力磁鐵（直徑10mm）、彈性黏膠、塑膠管
二、製作方法
1.將底片盒裁下一半備用，可使氣室體積較小，增強壓縮氣體的效果。
2.將氣球剪開以兩層包覆在底片盒開口處，中央再以彈性黏膠固定上強力磁鐵。3.在氣室（底片盒）底部及外圍鑽一圓孔，使其可以剛好塞人塑膠管，必要時可再利用彈性黏膠固定。
4.裝上單向閥，底部的向外（出氣口），外圍的向內（進氣口）。
三、使用方法
1.將通以低壓交流電的電磁鐵接近氣室，調整至適當距離，即可看到出氣口冒出氣泡。
2.注意不要將磁鐵吸住，會變成無法震動，且通電時間不宜過長。 3.強烈建議：本實驗裝置僅供教學講解用，不宜實際用於水族箱或長時間通電使用。
說說奈米鋰電池二次電池
文/李曉潔 中央大學化學系學士生
隨著電子工業與資訊產業的發展，各項電子產品均朝向重量輕、體積小、方便攘帶的方向邁進。最常見的如手機、筆記型電腦、MP3、數位相機等等，均講究型小輕巧。為了隨時隨地提供這些電子產品的電力，電池與現代生活已形成密不可分的關係，成為一種使用相當普遍的能源。
一、電池的種類 電池依其運作原理可分為物理電池和化學電池。其中化學電池又可分為原電池（一次電池）和蓄電池（二次電池），如圖一所示。原電池使用後不能充電而必須丟棄，常見的如錳乾電池、鹼性乾電池、水銀電池及不可充電的鋰電池等等（圖二）。蓄電池則使用後可充電而重複多次使用，常見的如鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池及可充電的鋰電池等等（圖三）。
圖一 電池的分類
圖二 原電池僅可做一次放電使用,其化學反應為不可逆反應。
圖三 蓄電池可重複多次充放電使用,其化學反應為可逆反應。
二、鋰離子電池的應用領域 因二次電池可重複多次充放電使用，現今已成為可攜帶式電子產品的主要供電來源。其中鋰金屬的原子量小，重量輕，無記憶效應且具有最大的工作電壓及高能量密度。以鋰作為電極可提供較高運作電壓及較高電量，但直接使用鋰金屬有安全上的顧慮，故多改用鋰離子來傳遞電量。目前於手機、筆記型電腦、隨身聽、錄放影機、電動工具及電動車輛等日常生活用品中均廣泛應用鋰離子電池。
三、鋰離子電池的陰陽極與充放電原理 鋰離子二次電池的陰極（正極）使用鋰離子金屬氧化物（如 LiCoO2 或LiMnO2等）為材料，陽極（負極）則採用碳材料（如石墨），而電解液則為鋰鹽有機溶劑 • 充電時，電子由充電器外接經過陽極的碳材料，同時鋰離子離開陰極經電解液進入陽極（圖四）。放電則遵循相反路徑，電子白陽極離開經電器提供電力回歸至陰極，而鋰離了離開陽極經電解液進入陰極（圖五）。 如此反覆進行充放電，可提供數伏特電壓供電路使用。一般常見的鋰離子電池呵提供3.6伏特電壓，為目前常用的化學電池中可提供較高電壓之一種。
圖四 充電程序的卡通示意圖。
圖五 放電程序的卡通示意圖。
四、奈米鋰離子二次電池 雖然鋰離子二次電池已被廣泛的使用於日常生活中，但其仍存在充放電容量太小且速度太慢的問題。常用的手機電池其電量嫌少，使用數天就必須再充電，因此在出遠門時常需帶著充電器，但卻非隨時隨地有充電電源可以使用，常有急需使用手機或在等待重要電話時因電量不足而造成困擾。另外，鋰離子電池無法快速的充電，一般至少需充電數小時才能使電容量飽滿，無法及時提供大量的電力。 傳統的鋰離子二次電池陽極受限於石墨的結構，無法提供足夠的間隙和空間讓鋰離子進入，這是充放電容量不易增加的主因（圖六）。奈米鋰離子二次電池則採用奈米碳管取代石墨為陽極材料，提供鋰離子更大的空間進入陽極，因而使充放電容量大幅提升，不需時常充電延長使用待機時間。
另外當鋰離子在進入和遷出陰極時，傳統的鋰離子二次電池均是在固體材料中進行，但一般物質在固體的擴散能力很小，所需時間較長，造成充放電速度較慢。奈米鋰離子二次電池將固體材料粒徑縮小至奈米級，鋰離子容易自陰極遷出經電解液到達陽極，可大幅縮短充放電時間（圖七）。
圖六
傳統的鋰離子二次電池以石墨為陰極材料,
鋰離子不易進出,無法快速充放電。
圖七
以奈米碳管為陰極材料,讓鋰離子易於進出,
可大幅縮短充放電時間。
五、未來展望 奈米材料的應用增加了充放電容量及縮短充放電時間，降低了我們使用上的不便利，加上能源短缺的迫切需求，可重複使用且污染性低的奈米鋰離子二次電池，將扮演未來可攜帶式能源的重要角色。