化学：《化学电源》：课件五（18张PPT）（人教版选修4）

欢迎进入化学课堂 第四章电化学基础 第二节化学电源 锂电池 干电池 叠层电池 纽扣电池 各类电池 知识点1 各类电池 知识点2 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 A h kg A 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 比时间 电池的储存时间的长短 碱性锌 锰干电池 负极 正极 电池反应 电解质 KOH Zn 2OH 2e Zn OH 2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 思考 该电池的正负极材料和电解质 碱性锌锰电池的优点 电流稳定 放电容量 时间比干电池增大几倍 不会气涨或漏液 钮扣电池 不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒 盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料 负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料 电解质溶液为浓KOH溶液 已知电池内Zn的氧化产物为ZnO 2 银 锌电池 负极 Zn 2OH 2e ZnO H2O 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应 Ag2O Zn ZnO 2Ag 铅蓄电池 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 铅蓄电池 1 正负极材料 正极 PbO2 负极 Pb 2 工作机制 电解质 H2SO4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 放电过程总反应 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l Pb s SO42 aq 2e PbSO4 s 正极 PbO2 s 4H aq SO42 aq 2e 2PbSO4 s 2H2O l 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 2PbSO4 s 2H2O l Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 充电过程 PbSO4 s 2e Pb s SO42 aq 还原反应 阴极 阳极 2PbSO4 s 2H2O l 2e PbO2 s 4H aq SO42 aq 氧化反应 接电源负极 接电源正极 充电过程总反应 2PbSO4 s 2H2O l Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 铅蓄电池的充放电过程 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 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 4 燃料电池 负极H2 2H2 4OH 4e 4H2O 正极O2 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 O2 2H2 2H2O 氢氧燃料电池是一种新型的化学电池 其构造如图示 两个电极均由多孔性碳制成 通入的气体由孔隙逸出 并在电极表面放电 碱性介质 燃料电池 燃料电池 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 4e 4H O2 2H2O 4e 4OH 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 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 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CO2形式存在 在碱性溶液中以CO32 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 电池的发展方向 光电池使用方便 特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展 促使其应用更加快捷 美 日 欧和发展中国家都制定出庞大的光伏技术发展计划 开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性 降低成本 不断扩大产业 目前已有80多个国家和地区形成商业化 半商业化生产能力 年均增长达16 市场开拓从空间转向地面系统应用 减少污染节约资源 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 CH4 8e 10OH CO32 7H2O 正极 O2 4e 2H2O 4OH CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 1 若将氢气换成甲烷 写出各电极的电极反应 2 熔融盐燃料电池具有高的发电效率 因而受到重视 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物用电解质 CO为阳极燃气 空气与CO2的混合气为阴极助燃气 制得在6500 下工作的燃料电池 完成有关的电池反应式 负极反应式 正极反应式 O2 2CO2 4e 2CO32 总电池反应式 2CO 2CO32 4e 4CO2 2CO O2 2CO2 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全