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第四章电化学基础 2020年2月21日星期五 第二节化学电源 化学电池分类 电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后 就不能再次利用 又称充电电池或蓄电池在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生 恢复工作能力 可多次重复使用 是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源 又称连续电池 干电池 电池中的电解质溶液制成胶体 不流动 故称干电池 铅蓄电池 锌银蓄电池 镍镉电池 锂离子电池 氢气 甲醇 天然气 煤气与氧气组成燃料电池 如 普通锌锰电池 碱性锌锰电池 锌银纽扣电池 一 化学电池 小型高性能燃料电池 二 一次电池 干电池 1 普通锌锰干电池 负极 Zn正极 MnO2和炭黑电解质 NH4Cl负极 Zn 2e Zn2 正极 2NH4 2e 2MnO2 Mn2O3 2NH3 H2O总反应 Zn 2NH4 2MnO2 Zn2 Mn2O3 2NH3 H2O 优点 制作简单 价格便宜 缺点 放电时间短 易气涨或漏液 负极 Zn 2e 2OH Zn OH 2正极 2MnO2 2e 2H2O 2MnOOH 2OH 总反应 Zn 2MnO2 2H2O 2MnOOH Zn OH 2 优点 电流稳定 放电容量 时间增大几倍 不会气涨或漏液 缺点 只能一次使用 不能充电 价格较贵 电极 Zn为负极 MnO2为正极 电解液 KOH 2 碱性锌锰干电池 3 银锌电池 总反应式 Zn Ag2O H2O 2Ag Zn OH 2电极反应式 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 这种电池比能量大 电压稳定 储存时间长 适宜小电流连续放电 常制成纽扣式电池 广泛用于电子手表 照相机 计算器和其他微型电子仪器 负极 Zn 正极 Ag2O 电解质 KOH 4 锂电池 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 锂电池的负极是Li 正极可以是MnO2 CuO FeS2等 三 二次电池 又称充电电池或蓄电池 放电后可以再充电 使活性物质可以获得再生 这类电池可反复多次使用 电极 Pb为负极 PbO2为正极 电解液 30 的H2SO4溶液 放电的过程 负极 Pb Pb SO42 2e PbSO4 正极 PbO2 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 总电池反应 PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 铅蓄电池 二次电池 充电过程 PbSO4 s 2e Pb s SO42 aq 还原反应 阴极 接电源负极 阳极 接电源正极 2PbSO4 s 2H2O l 2e PbO2 s H aq SO42 aq 氧化反应 充电过程总反应 2PbSO4 s 2H2O l Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 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 铅蓄电池的充放电过程 铅蓄电池的优缺点简析 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 四 燃料电池 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池 电池的电极本身不包含活性物质 只是一个催化转化元件 工作时 燃料和氧化剂连续地由外部供给 在电极上不断地进行反应 生成物不断地被排除 于是电池就连续不断地提供电能 清洁 能量转换率高的特点 中性电解质 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 1 氢氧燃料电池 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 4H 4e 2H2O 总反应 2H2 O2 2H2O 酸性电解质 碱性电解质 负极 2H2 4OH 4e 4H2O 正极 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 氢氧燃料电池 一种高效低污染的新型电池 1 氢氧燃料电池 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 正极 2O2 4H2O 8e 8OH 总反应 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 2 甲烷燃料电池 电解质溶液 KOH 甲醇燃料电池 电解质溶液 KOH 2CH3OH 4OH 3O2 2CO32 6H2O 正极 3O2 6H2O 12e 12OH 负极 2CH3OH 16OH 12e 2CO32 12H2O 燃料电池的规律 燃料做负极 助燃剂氧气为正极 电极材料一般不参加化学反应 只起传导电子的作用 燃料电池总反应和燃烧反应方程式相同 减少污染节约资源