电是我们日常生产生活中常见的承载能量形式，无论是照明、使用电器也好，还是手机充电、汽车充电，我们关心的就是耗电量多少，需要多少时间充完电等这些问题，而实际上电能的计量单位是千瓦时，与标准的能量单位焦耳之间有相应的换算关系，却没有听说使用重量的单位来表达电能的多少。现在我们就来分析一下电到底有没有质量呢？

常见的电池类型及其工作原理

电池的使用历史可以追溯到18世纪末，当时的人们已经可以制造出供储存静电的装置，这拉开了人类直接控制和使用“电能”的帷幕。在1799年，伏特通过实验，在盐水中分别放置锌板和银板，在连接两块金属板中测试出有电流通过，于是发明了人类历史上真正意义的电池。在随后的日子里，科学家们又通过大量的实验，通过替换电解液、电极材料等方式，对“原始电池”进行多次改良和优化。1887年，英国科学家赫勒森将电解液替换为胶状物质，从而发明了最早的干电池，为电池更广泛应用奠定了坚实基础。

电池是一类可以将化学能、光能等能量形式转化为电能的装置，根据能量的转化方式可以将电池分为化学电池、光电池等，而我们日常生活中常见的电池绝大多数都是化学电池，也被称为干电池。

在化学电池中，又可以根据其工作性质，划分为一次电池、可充电电池、铅酸蓄电池、燃料电池等。

一次电池：在化学电池中，一次电池的应用最为广泛，当它们的电量耗尽之后，无法再进行充电，主要包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池、银锌电池等等。其主要工作原理是：正极使用碳棒为材料，外面包裹着石墨和二氧化锰混合物，混合物之物有一层纤维网，上面涂满较厚的由氯化氨和淀粉构成的电解质胶体，最后层是用锌层做的筒状包裹物作为负极。当电池放电时，氯化氨和锌发生电解反应，释放出一定量的电荷经中间的石墨传导给碳棒，从而通过闭合的电路完成电荷的转移。

可充电电池：目前市面上常用的环保型充电电池为镍氢电池，其正极为氢氧化镍，负极为储氢合金，即在一定条件下可以吸收氢气，一定条件能放出氢气的合金物质，通常以钛系、锆系、铁系或者稀土系合金为主。镍氢可充电电池的电解液使用的是氢氧化钾溶液。其主要工作原理是：在充电时，储氢合金在电流作用下析出氢气，储存在电池内部，相应正极由氢氧化亚镍转化为氢氧化镍和水，在此过程中吸收电子实现电能的存贮。而在放电时，失去电子，负极的储氢合金消耗充电时产生的氢气，正极也由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。

铅酸蓄电池：其实严格意义上来说这也算是一种可充电电池，不过它与常用的镍氢电池结构很很大的不同，因此在分类上单独作以区分。铅酸蓄电池的正极主要成分是二氧化铅，负极的主要成分是铅，电解液主要成分是稀硫酸。其主要工作原理是：在放电时，功能和干电池一样，两极分别发生氧化还原反应，生成硫酸铅，在此过程中，负极上的电子经过电路进入正极，形成电流。而在充电时，起到电解池的作用，在正、负极上的硫酸铅又被还原为硫酸、铅和氧化铅，并在负极上产生氢气，正极产生氧气，电解液中硫酸浓度逐渐增加，电池两端的电压逐渐上升，达到贮存电能的目的。

燃料电池：其正、负极不含有像其它电池那样的活性物质，只是提供化学反应的催化转换作用。其正极为燃料极，负极为空气极，中间的介质由可以形成离子导电体的电解质板所构成。其主要工作原理是：通过特定的辅助装置，将燃料和空气分别输送进至燃料电池的正、负极之中，燃料气体中的氢气被分解为Ｈ元素和自由电子，其中Ｈ通过电解质与空气中的氧化发生化学反应，自由电子通过回路返回到负极，形成电流。

电具有质量吗

电流从传输的形式来看，类似于气体和液体在空气中的流动过程，而从实质上来看，它是在电势差的作用下，导线内的原子电子发生能级跃迁，脱离原子核的束缚，推动所携带的能量一个接着一个、一层接着一层向外侧传递。如果单纯考虑电子的转移来看，在一个零电阻内导体流动的电流，共本身不会对外产生做功现象，因此没有能量的损耗，在这个封闭系统内，电荷的转移和循环并不会引发总能量的改变，因此也体现不出质量的变化。

而如果在有电阻的导体内流动的电流，按照爱因斯坦的质能方程，凡是发生能量变化的系统内，其总质量必须发生变化，其对应关系为：Ｅ＝m*c^2，从静止的状态看，质量和能量的这个关系式表达的是一种纯粹的对应关系，也就是说具有一定质量的物体，等价于这个物体具有相应的多少能量。而如果发生质量亏损，那么就一定会释放出所对应的能量，在我们利用核能进行发电，就是利用了放射性物质在发生核裂变时产生了一定量的质量亏损，从而转化为巨大的能量这个原理。相应地，如果这个物体释放出了能量，那么其本身所具有的能量就会相应减少，表现为质量的亏损。

那么，在我们利用电池进行供电时，转化出去的能量将全部来源于电池本身，无论电池的贮电原理是利用化学能也好、光能也好，都是电池通过一定的反应转化成本身所具有的内能，内能减少多少，相应的外界就会从中得到多少能量，这就是能量守恒定律。而按照质能方程的对应关系，电池的满电时和亏电时，其内能会产生一定的差异，这个差异就是我们从电池中所获取的总能量。因此，我们从质能对应的关系来看，电的确是有质量的。

电瓶满电和亏电时的质量差

以常用的12Ｖ/150AH规格的铅蓄电池为例，这里的12Ｖ是其工作电压、150AH是指以150安培的电流可以持续放电1小时，那么它所能容纳的总电量为150*12＝1800千瓦时，即半度电。

而１度电的总能量为W=P*t=1千瓦*1小时=1000瓦*3600秒=3.6*10^6焦耳，那么我们按照能够全部充满，即充电效率为100%计算，这个蓄电池充满电后能容纳的电能为：0.5*3.6*10^6＝1.8*10^6焦耳。

我们通过爱因斯坦质能方程，可以计算出这些电能完全损耗情况下，所对应的质量亏损数量：

△m=△E/c^2=1.8*10^6/(3*10^8)^2=2*10^(-11)千克。

因此，我们可以得出这样的结论，12Ｖ/150AH规格的铅蓄电池，在其充满电后，比电能全部释放后的质量，要增加2*10^(-11)千克，当然这个数值，我们是无法通过常用仪器测量出来的。

总结一下

按照爱因斯坦质能方程列出的物体的质量与能量的对应关系，当这个物体对外释放一定量的能量之后，该物体所具有能量总和会相应地发生亏损，因此，严格意义上来说，铅蓄电池在充满电和完全释放出电量之后，其质量是会发生非常微弱的变化的。