大家都用过电池吧，不管是手电筒还是部分便携式的小电器都是由电池驱动的，那你相信这世界上有一个装置仅仅只用了两节干电池就运行了多年吗？

如果这种技术被运用在我们的日常生活中，那么我们的手机永远都不会断电了，出门也不需要一直带着充电宝这种移动式电源了。我们可以尽情的浏览网页，看视频，打游戏，根本不用担心电量会用完。

但是最奇怪的地方是，这个电池的拥有者以及一个多世纪以来的科学家都没能解开这个电池的秘密，那么这个电池到底是什么呢？它到底是什么原理呢？

牛津电铃

这个电池其实就是大名鼎鼎的牛津电铃，而且需要提到的是，牛津电铃实际上是一个实验。这个实验持续了长达多年。

这个电铃最早由沃特金斯和希尔在年制造出来，在年由当时牛津大学的一位牧师罗伯特·沃克采购的一个设备，然后被安放在牛津大学的克拉伦登实验室电铃上作为电池使用，因此这个实验设备也被人们称为是克拉伦登干电池堆。

那么这个持续了长达一个多世纪的电池堆反应实验装置究竟是为了研究什么呢？

牛津电铃实验目的

牛津电铃最初的实验目的是为了论证当时在静电力学领域很流行的一个理论，当然这个理论已经随着科学技术的发展被推翻证明过时了。

这个装置包括了两个黄铜铃铛，而两个黄铜铃铛的上方都有一个干电池堆，这样就构成了一个非常基础的串联电路。需要注意的是，这里的一切都是建立在干电池堆的基础上，干电池是比较早期的一种电池。

干电池最早于年由英国人赫勒森发明出来，干电池最大的优点就是它相比也太电池来说，电池中所包含的电解液是糊状的，不易泄漏，便于携带。

因此，干电池一经面世，就引起了全世界的轰动。到目前为止，干电池已经被研发出了一百多种，目前常见的干电池为锌—锰干电池。

前面提到了牛津电铃装置由两个黄铜铃铛构成，黄铜铃铛的铃舌是一个直径为4毫米的金属球，位于两个干电池堆的中间。

由于静电力的影响，这个位于干电池堆之间的铃舌会触碰到其中的一个铃铛，这时候，被敲击的铃铛上方的电池会进行供电，这股电流会将铃舌推向另一方。

而同性相斥，异性相吸的特性就促使了铃舌会在这两个铃铛间被干电池的电流推的一直摆动，这个摆动会使得铃舌撞击铃铛，这样一直循环，就刚好发出声音。

牛津电铃的百年历史

牛津电铃截至到目前为止已经运行了年，这个过程中除了偶尔出现的高温和潮湿天气会导致牛津电铃暂时停止运行之外，牛津电铃已经在百年间响了大概多亿次。

而牛津电铃上搭载的两节干电池也已经被称为是世界上最耐用的电池，甚至已经刷新了吉尼斯世界纪录。

目前，牛津电铃仍然在运作，但是为了保证这个铃舌敲击理当的声音不会影响到日常的实验室工作，它被放置在双层玻璃的玻璃罩内，我们已经无法通过耳朵听到电铃发出声音了。

事实上，牛津电铃并不是独一无二的，世界上还有一种装置与牛津电铃的原理十分相像，这就是富兰克林钟。

富兰克林钟

富兰克林全名叫本杰明·富兰克林，他最大的功绩是美国的开国元勋，因此他也被印刷在了美元的元纸币上。

事实上，富兰克林不仅仅是一个政治家，他同时也是一个优秀的物理学家。他一生中对于电的研究很多，避雷针也是由他发明的，他还提出了电荷守恒定律。

电荷守恒定律是指出在一个独立的系统中，里面存在的电荷数量和一定是恒定的，如果一旦发现其中的电荷数量减少，那么就一定有等量的电荷离开该系统。

可以说，富兰克林是历史上为数不多的跨领域的人才，事实上虽然富兰克林钟用了富兰克林的名字，但是富兰克林钟最初并不是由他发明的。

早在年，来自苏格兰的物理学家安德鲁·戈登就已经发明了戈登钟，戈登钟就是富兰克林钟最早期的形态，也是世界上第一个将电能转化为机械能的装置。

后来富兰克林在研究这个装置的时候，加上了自己对于闪电的观察，他发现：在两个金属钟之间挂一个金属球，一个钟连接着自己发明的避雷针，另一个通过地线连接地面，在闪电来临的时候，避雷针会将云层钟的电荷引到避雷针上面，避雷针又会将自己的电荷传递给连接的金属钟，这里的电荷为负极电荷。

再加上空气接触到的是云层，空气中也存在着大量活跃的负极电荷，这些活跃的负极电荷会通过空气传输到两个金属钟之间的金属球上。这样一来，连接避雷针的金属钟身上携带了负极电荷，而两个金属钟之间的金属球也携带了负极电荷。

由于金属钟和金属球的距离很近以及电荷同性相斥的特性，金属球会被连接避雷针的金属钟推开，这时的金属球会向着另一方连接了地线的金属钟那边摆动。

而一旦金属球接触到另一个金属钟，金属球上携带的负极电荷就会传输到金属钟上，这个金属钟又会将金属球传输过来的负极电荷通过地线传输到地面。此时失去了负极电荷的金属球又会因为被带有负极电荷的金属钟吸引，重复上述的整个过程。

这就是富兰克林钟的整个原理，通篇看下来，它其实与牛津电铃的原理极其类似。我们甚至可以说，牛津电铃其实就是富兰克林钟的一种，只不过富兰克林最初研究出来的装置被用来提醒闪电了。

一旦装置响起敲钟的声音，富兰克林就知道马上就会有闪电出现了，这时他们就有足够的时间去做好一切准备来应对即将到来的风暴。

牛津电铃运行百余年的秘密

唯一的问题是，富兰克林钟是依靠避雷针获取到了风暴来临之前的闪电天气钟自带的电荷，这种能量理论上是无限的，只要出现闪电，装置中的钟就会出现上述的现象从而敲响。那么牛津电铃为什么仅仅只有两个干电池就能运行这么久呢？

这其实与牛津电铃两个黄铜铃铛之间的铃舌摆动幅度有关，由于之间的缝隙足够小，铃舌摆动的幅度也不大，这个幅度的摆动需要消耗的能量也是微乎其微的，几乎可以忽略，因此促使摆动发生的能量也是很小的，对于干电池堆的损耗极小。

在这样的条件下，牛津电铃才能在实验室中运行了多年，直到今天还在工作。

这样看来，牛津电铃的工作原理其实已经被聪明的人类破解了，那么为什么科学家们对它的研究仍然没有停止呢？

问题其实就出现在这两个干电池堆上。

一般来说，普通的干电池即使没有在工作状态时，也会因为各种原因而造成放电，从而损耗电池内存放的电力。有的电池放电时间长达几十年，而有的则只有短短的几天。

人类历史上从来没有一个干电池能像牛津电铃使用的干电池堆这样为供电装置持续供电这么长时间，这也就是为什么这个装置如此让人感兴趣。

实际上，通过科学家们一百多年的观察和研究，他们认为干电池堆表面涂上的硫电池溶液或许是关键。但是由于要破解这两个干电池堆的秘密就必须将这个装置破坏，拆开之后才能看到内部的具体结构，而这样做的代价就是这样的一个奇迹般的装置就会从历史舞台上消失。

因此科学家们都没有擅自提出解剖这个装置的想法，对于牛津电铃，目前的科学界已经达成了共识：在电铃停止工作之前，不允许主动破坏电池的内部结构来研究电池电路。

或许直到牛津电铃停止工作的那一天，我们才有幸能够通过对装置的解剖从而得知牛津电铃持续运转年的秘密了。

现代电池

与持续运行了年的牛津电铃相比，现代社会中经常使用的电池就有一些拿不出手了。根据日常的生活经验，一个便携式移动电源最多也就够我们使用三四次就会耗尽它的电量了。

不过就在年的8月，来自美国的NDB公司宣布自己发明了一种纳米金刚石电池。我们都知道，金刚石是人类目前已知的自然界中最坚硬的物质，它一般是将石墨在高温高压的环境下制成。

但这个电池有些与众不同，它使用的原料是核电站进行反应过后的废料，也就是带有放射性的石墨。

这种石墨在经历过何核衰变之后会释放出一个反中微子和衰变的电子，将这种石墨进行工艺加工成钻石，并将钻石镶嵌到金刚石的内部。

钻石与金刚石的接触会使得钻石中的电子传输到金刚石中，金刚石得到了电子也就产生了电流，这也就是金刚石电池的最基本原理。

根据NDB公司的公告，这样的金刚石电池可以使用2.8万年，但是这种电池有一个致命的问题。要如何处理核衰变的废料中残余的核辐射呢？

英国的斯科特教授给出了解决方案，他提出，如果将这个金刚石电池包裹上一层足以阻挡核辐射粒子的外壳，就能保证核辐射粒子永远在电池的内部进行运动。一旦粒子想要冲出外壳作用人类，就会被外壳给拦住。

当然了由于太多问题没有解决，这个金刚石电池仍然只是一个概念。根据NDB公司的规划，金刚石电池将会在未来两年内上市一种阉割版，或许到那个时候，我们人类真的可以使用上永远不会断电的电池，这样我们在文章开头提到的肆意浏览网页，看视频、打游戏等生活方式真的可以实现了。

结语

虽然我们目前对于牛津大学的牛津电铃的真正原理还没有弄清，但是好在随着科学技术的不断发展和革新。或许我们也有机会可以使用到一个真正无限供电的电池，而这种电池的出现也一定会改变我们的生活。

等到牛津电铃停止工作的那一天，我们希望科学家们对它的解剖可以解开牛津电铃工作年的秘密，也可以找到低成本的长时间供电电池的制作方法。