常见的化学电源

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 电化学基础,第二节 化学电源,11/1/2024,11/1/2024,阅读教材,74,页,【,思考,】,目前化学电池主要分为哪几个大类？,在性能等方面它们各有什么特点？,产生电能的基本原理是什么？,化学电池与其他能源相比有哪些优点？,判断电池的优劣标准主要是什么？,11/1/2024,知识点,1,：化学电池,1),概念,:,将化学能变成电能的装置,2),分类,:,一次电池又称不可充电电池,如：干电池,二次电池又称充电电池,蓄电池,燃料电池,3),优点,:,4),电池优劣的判断标准,:,能量转换效率高，供能稳定可靠。,可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。,易维护，可在各种环境下工作。,比能量,符号,(,W,h,/kg),，,(,W,h,/L),指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,比功率,符号是,W/kg,，,W/L),指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小,电池的储存时间的长短,11/1/2024,锂,电池,干电池,叠层电池,纽扣电池,各类电池,知识点,2,：各类电池,11/1/2024,空气电池,小型高性能燃料电池,11/1/2024,1,、干电池,(,普通锌锰电池）,干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充,NH,4,Cl,、,ZnCl,2,和,淀粉作电解质溶液，还,填充,MnO,2,的黑色粉末吸收正极放出的,H,2,，,防止产生极化现象。电极总的反应式为：,Zn+2MnO,2,+2NH,4,Cl=ZnCl,2,+Mn,2,O,3,+2NH,3,+H,2,O,请写出各电极的电极反应。,一、,一次电池,11/1/2024,练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。,负极,正极,总反应,通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？,_,我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？,Zn-2e,-,=Zn,2+,2NH,4,+,+2e,-,=2NH,3,+H,2,，,H,2,+2MnO,2,=Mn,2,O,3,+H,2,O,锌筒变软，电池表面变得不平整,MnO,2,Zn+2MnO,2,+2NH,4,Cl=ZnCl,2,+Mn,2,O,3,+2NH,3,+H,2,O,11/1/2024,碱性锌,-,锰干电池,负极：,正极：,电池反应：,电解质：,KOH,Zn,MnO,2,Zn+2OH,-,-2e-,=Zn(OH),2,2MnO,2,+2H,2,O+2e,-,=2MnOOH+2OH,-,Zn+2MnO,2,+2H,2,O=2MnOOH+Zn(OH),2,思考该电池的正负极材料和电解质,11/1/2024,干电池,负极,:Zn,2e,-,Zn,2,普通锌锰干电池：,（,-,）,Zn ZnCl,2,、,NH,4,Cl,（,糊状）,石墨,(,nO2,),(+,）,正极,:2NH,4,+,2e,-,2NH,3,H,2,总电池反应方程式：,2NH,4,Cl,Zn,ZnCl,2,2NH,3,H,2,缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液,改进后碱性锌锰电池的优点：,电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。,二氧化锰的用途,Zn+2MnO,2,+2H,2,O=2MnOOH+Zn(OH),2,11/1/2024,2,、迷你型电池,优点：电压高、稳定，低污染。,用途：手表、相机、心率调节器,HgO,（,S,）,+Zn,（,S,）,=Hg,（,l,）,+,ZnO,（,S,）,Ag,2,O,（,S,）,+Zn,（,S,）,=2Ag,（,l,）,+,ZnO,（,S,）,11/1/2024,3,、锂电池,锂电池：,（,-,）,Li,（,S,）,LiI,（,晶片）,I,2,(+,）,锂亚硫酰氯电池,(Li-SOCl,2,),：,8Li+3SOCl,2,=6LiCl+Li,2,SO,3,+2S,负极：,；正极：,。,用途：质轻、高能,(,比能量高,),、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。,8Li-8e,-,=8Li,+,3SOCl,2,+8e,-,=6Cl,-,+SO,3,2-,+2S,11/1/2024,铅蓄电池、,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,1.,铅蓄电池,1),正负极材料,正极：,PbO,2,负极：,Pb,2),工作机制,电解质：,H,2,SO,4,溶液,铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程,二、二次电池,11/1/2024,放电过程总反应：,Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,=2PbSO,4,(s)+2H,2,O,Pb(s,)+SO,4,2-,-2e,-,=PbSO,4,(s),正极：,PbO,2,(s)+4H,+,+SO,4,2-,+2e,-,=2PbSO,4,(s),+2H,2,O,氧化反应,还原反应,负极：,放电过程,铅蓄电池充电的反应则是上述反应的,逆过程,11/1/2024,Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),充电过程,PbSO,4,(s)+2e,-,=,Pb(s,)+SO,4,2-,还原反应,阴极：,阳极：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O-2e,-,=PbO,2,(s)+H,+,+SO,4,2-,氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l)=Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,铅蓄电池的充放电过程：,放电,充电,11/1/2024,3),优缺点简析,缺点：,比能量低、笨重、废弃电池污染环境,优点：,可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,其它二次电池,镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,11/1/2024,2,、银锌蓄电池,正极壳填充,Ag,2,O,和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液,KOH,。反应式为：,2Ag+Zn(OH),2,Zn+Ag,2,O+H,2,O,写出电极反应式。,充电,放电,1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。,1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。,1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。,1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。,11/1/2024,银,-,锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：,2Ag+Zn(OH),2,Ag,2,O+Zn+H,2,O,放电,充电,此,电池放电时，负极上发生反应的物质是（）,A.Ag B.Zn(OH),2,C.Ag,2,O D.Zn,D,电极反应：,负极：,Zn-2e,-,+2OH,-,=Zn(OH),2,正极：,Ag,2,O+2e,-,+H,2,O=2Ag+2OH,-,11/1/2024,3,、镉镍电池,NiO,2,+Cd+2H,2,O Ni(OH),2,+Cd(OH),2,放,电,充电,负极材料：,Cd,；,正极材料：,涂有,NiO,2,，,电解质：,KOH,溶液,。,反应式如下：,写出电极反应式。,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,11/1/2024,镍,镉可充电电池可发生如下反应：,Cd+2NiO(OH)+2H,2,O,由此可知，该电池的负极材料是,Cd(OH),2,+2Ni(OH),2,放电,充电,A.,Cd,（,A,）,B.,NiO(OH,),D.Ni(OH),2,C.Cd(OH),2,电极反应：,负极：,Cd-2e,-,+2OH,-,=Cd(OH),2,正极：,2NiO(OH)+2e,-,+2H,2,O=2Ni(OH),2,+2OH,-,11/1/2024,大有发展前景的燃料电池,燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近,80%,，约为火力发电的,2,倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；,燃料电池发明于,19,世纪,30,年代末，经反复试验、改进，到,20,世纪,60,年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的,大致情况如下：,(,三,),燃料电池,11/1/2024,氢氧燃料电池,11/1/2024,新型燃料电池,燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池,11/1/2024,燃料电池,优点：能量转化率高，可持续使用，,对环境友好,用途：宇宙飞船，应用前景广阔,负极,:2H,2,+4OH,-,4e,-,4H,2,O,正极,:O,2,+2H,2,O,4e,-,4OH,-,总反应方程式：,2H,2,O,2,2H,2,O,（,-,）,Ni,（,多孔）,KOH,（,溶液）,NiO,2,(+,）,11/1/2024,燃 料 电 池,介质,电池反应,：,2H,2,+,=2H,2,O,酸性,负极,-,正极,-,中性,负极,-,正极,-,碱性,负极,-,正极,-,2H,2,-4e,-,=4H,+,O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,2H,2,-4e,-,=4H,+,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,2H,2,+4OH,-,-4e,-,=4H,2,O,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,11/1/2024,固体燃料电池,介质,电池反应：,2H,2,+,=2H,2,O,负极,正极,负极,正极,2H,2,-4e,-,+2O,2,=2H,2,O,O,2,+4e,-,=2O,2,2H,2,-4e,-,=4H,+,O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,11/1/2024,航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用,Pt,做电极，,KOH,溶液,做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。,氢氧燃料电池,若将氢气换成甲烷，,写出各电极的电极反应,Pt,电极,H,2,O,2,氢氧燃料电池模拟,KOH,11/1/2024,将铂丝插入,KOH,溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为,_,，这一极的电极反应为,_,；通入氧气的一极为,_,，电极反应为,_,，总反应为,_,_,。,负极,CH,4,-8e,-,+10OH,-,=CO,3,2-,+7H,2,O,正极,O,2,+4e,-,+2H,2,O=4OH,-,CH,4,+2O,2,+2KOH=K,2,CO,3,+3H,2,O,若将氢气换成甲烷，,写出各电极的电极反应,11/1/2024,书写电极反应式应注意以下几点：,1,电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；,3,负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如,4,价的,C,在,酸性溶液中,以,CO,2,形式存在，在,碱性溶液中,以,CO,3,2,形式存在）；,2,将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；,11/1/2024,用途广泛的电池,用于“神六”的太阳能电池,笔记本电脑专用电池,手机专用电池,摄像机专用电池,各式各样的纽扣电池,11/1/2024,迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相同的工作电压,(12,伏,),，但由于采用了稀土合金或,TiNi,合金储氢材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成为一种绿色环保电池。锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧化物作 正极和有机电解质构成，其工作电压为,36,伏，因此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池,。,可充电