電池的科學(xué)研究

1、電池的科學(xué)研究,在化學(xué)電池中，化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁强侩姵貎?nèi)部自發(fā)進(jìn)行氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，這種反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行。負(fù)極活性物質(zhì)由電位較負(fù)并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳?xì)浠衔锏?。正極活性物質(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質(zhì)則是具有良好離子導(dǎo)電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶液，有機(jī)或無機(jī)非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)等。當(dāng)外電路斷開時(shí)，兩極之間雖然有電位差(開 路電壓)，但沒有電流，存儲在電池中的化學(xué)能并不轉(zhuǎn)換為電 能。當(dāng)外電路閉合時(shí)，在兩電 極電位差的作用下

2、即有電流流 過外電路。同時(shí)在電池內(nèi)部， 由于電解質(zhì)中不存在自由電子 ，電荷的傳遞必然伴隨兩極活 性物質(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還 原反應(yīng)，以及反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物 的物質(zhì)遷移,1）電池的主要原理,電池的主要原理,2）電池的發(fā)展歷程,1745年，普魯士的克萊斯特利用導(dǎo)線將摩擦所起的電引向裝有鐵釘?shù)牟Ａ?。?dāng)他用手觸及鐵釘時(shí)，受到猛烈的一擊。在這個(gè)發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)下，萊頓大學(xué)的馬森布羅克在1746年發(fā)明了收集電荷的“萊頓瓶”。 1799年，意大利物理學(xué)家伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。伏特用這種方法成功的制

3、成了世界上第一個(gè)電池“伏特電堆”。這個(gè)“伏特電堆”實(shí)際上就是串聯(lián)的電池組。它成為早期電學(xué)實(shí)驗(yàn)，電報(bào)機(jī)的電力來源。 1860年，法國的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。因?yàn)檫@種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為“蓄電池”。幾乎在同時(shí)，法國的雷克蘭士發(fā)明了世界廣受使用的電池（碳鋅電池）的前身，這就是 “濕電池”。雷克蘭士制造的電池雖然簡陋但卻便宜，因此一直到1880年才被改進(jìn)的“干電池”所取代。 干電池是英國人赫勒森在1887年發(fā)明的。干電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。 1890年愛迪生發(fā)明了可充電的鐵鎳電池。 1914年愛迪生發(fā)明堿性電池。 1954年Gerald Pe

4、arson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 開發(fā)出太陽能電池。 1970前后一次鋰電池實(shí)用化。1976年P(guān)hilips Research的科學(xué)家發(fā)明鎳氫電池。1980前后開發(fā)出穩(wěn)定的用于鎳氫電池的合金。 1990前出現(xiàn)角型（口香糖型）電池，太陽能電池板1990前后鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn).。 1991年Sony.可充電鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)。 2000后燃料電池，太陽能電池成為全世界矚目的新能源發(fā)展問題的焦點(diǎn),電池的發(fā)展歷程,3）電池的類別,電池的種類很多，常用電池主要是干電池、蓄電池，以及體積小的微型電池。此外，還有燃料電池以及其他能量轉(zhuǎn)換電池如太陽電池、溫差電池、核

5、電池等,電池的類別,干電池 常用的一種干電池是碳鋅干電池。負(fù)極是鋅做的圓筒，內(nèi)有氯化銨作為電解質(zhì)，少量氯化鋅、惰性填料及水調(diào)成的糊狀電解質(zhì)，正極是四周裹以摻有二氧化錳的糊狀電解質(zhì)的一根碳棒。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，干電池已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)大的家族，到目前為止已經(jīng)約有100多種。常見的有普通鋅-錳干電池、堿性鋅-錳干電池、鎂-錳干電池、鋅-空氣電池、鋅-氧化汞電池、鋅-氧化銀電池、鋰-錳電池等,微型電池 隨著電子元件的小型化，特別是晶體管和集成電路的出現(xiàn)而發(fā)展起來的體積小、比能高、工作電壓平穩(wěn)、密封性好、自放電小、可靠性高的電池。俗稱紐扣電池。微型電池通常由正極、負(fù)極、電解質(zhì)溶液、隔膜和密裝零部件組成

6、。 微型電池種類很多，可分為兩大類。一類是微型堿性電池，包括氧化銀電池、汞電池、鋅-空氣電池、鋅-鎳電池、鋅-錳電池、鎘-鎳電池、鎘-汞電池等;另一類是微型鋰電池,蓄電池 蓄電池的種類很多，共同的特點(diǎn)是可以經(jīng)歷多次充電、放電循環(huán)，反復(fù)使用。 鉛蓄電池是最為常用的一種電池，其極板是用鉛合金制成的格柵，電解液為稀硫酸。兩極板均覆蓋有硫酸鉛。但充電后，正極處極板上硫酸鉛轉(zhuǎn)變成二氧化鉛，負(fù)極處硫酸鉛轉(zhuǎn)變成金屬鉛。放電時(shí)，則發(fā)生反方向的化學(xué)反應(yīng)。 它用填滿海綿狀鉛的鉛板作負(fù)極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用1.28的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時(shí)，金屬

7、鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)， 被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反 應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時(shí)， 兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又 恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池 是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它 的電壓是2V，通常把三個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)起來使 用，電壓是6V,燃料電池 燃料電池是一種把燃料在燃燒過程中釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。與蓄電池不同之處，是它可以從外部分別向兩個(gè)電極區(qū)域連續(xù)地補(bǔ)充燃料和氧化劑而不需要充電。燃料電池由燃料、氧化劑、電極和電解液等四部分構(gòu)成。其電極具有催化性能，且是多孔結(jié)構(gòu)的，以保證較大的活性面積。工作時(shí)將燃料通入負(fù)極，氧

8、化劑通入正極，它們各自在電極的催化下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)以獲得電能。燃料電池的構(gòu)造涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動控制等學(xué)科的有關(guān)理論。燃料電池效率高，燃料電池發(fā)電不經(jīng)過從熱能到機(jī)械能再到電能的轉(zhuǎn)換過程，因而沒有中間環(huán)節(jié)的能量損失。它還有重量輕、體積小、比 功率高，移動起來比較容易，燃料多樣 ，無污染，工作時(shí)振動很小，噪音很低 等優(yōu)點(diǎn),太陽電池 太陽電池是把太陽光的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。當(dāng)日光照射時(shí)，產(chǎn)生端電壓，得到電流，用于人造衛(wèi)星、宇宙飛船中的太陽電池是半導(dǎo)體制成的。它可以有效吸收太陽能，并將其轉(zhuǎn)化成電能。太陽能取之不盡用之不完而且環(huán)保清潔，在缺少交流電源供電的情況下更有

9、不可替代的作用。太陽能電池和二次充電電池配合使用時(shí)可以組成一個(gè)獨(dú)立的不間斷直流供電系統(tǒng)，可以為無法提供電源的自動控制設(shè)備等負(fù)載提供電能,溫差電池 溫差電池是利用溫度差異，使熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。溫差電池的材料一般有金屬和半導(dǎo)體兩種。用金屬制成的電池賽貝克效應(yīng)較小，常用于測量溫度、輻射強(qiáng)度等。這種電池一般把若干個(gè)溫差電偶串聯(lián)起來，把其中一頭暴露于熱源，另一個(gè)接點(diǎn)固定在一個(gè)特定溫度環(huán)境中，這樣產(chǎn)生的電動勢等于各個(gè)電偶之和。再根據(jù)測量的電動勢換算成溫度或強(qiáng)度,太陽電池 太陽電池是把太陽光的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。當(dāng)日光照射時(shí)，產(chǎn)生端電壓，得到電流，用于人造衛(wèi)星、宇宙飛船中的太陽電池是半導(dǎo)體制成的。

10、它可以有效吸收太陽能，并將其轉(zhuǎn)化成電能。太陽能取之不盡用之不完而且環(huán)保清潔，在缺少交流電源供電的情況下更有不可替代的作用。太陽能電池和二次充電電池配合使用時(shí)可以組成一個(gè)獨(dú)立的不間斷直流供電系統(tǒng)，可以為無法提供電源的自動控制設(shè)備等負(fù)載提供電能,核電池 核電池又叫“放射性同位素電池”，它是通過半導(dǎo)體換能器將同位素在衰變過程中不斷地放出具有熱能的射線的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏圃於?。核電池已成功地用作航天器的電源、心臟起搏器電源和一些特殊軍事用途。一般核電池在外形上與普通干電池相似，呈圓柱形。在圓柱的中心密封有放射性同位素源，其外面是熱離子轉(zhuǎn)換器或熱電偶式的換能器。換能器的外層為防輻射的屏蔽層，最外面一層

11、是金屬筒外殼。核電池在衰變時(shí)放出的能量大小、速度，不受外界環(huán)境中的溫度、化學(xué)反應(yīng)、壓力、電磁場等的影響。核電池提供電能的同位素工作時(shí)間非常長，甚至可能達(dá)到5000年,廢電池的危害及相應(yīng)策略,當(dāng)電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)完全后，電池再也不能供電了，成了一顆廢電池，廢電池里含有大量重金屬汞、鎘、錳、鉛等。當(dāng)廢電池日曬雨淋表面皮層銹蝕了，其中的成分就會滲透到土壤和地下水，人們一旦食用受污染的土地生產(chǎn)的農(nóng)作物或是喝了受污染了的水，這些有毒的重金屬就會進(jìn)入人的體內(nèi)，慢慢的沉積下來，對人類健康造成極大的威脅！ 廢電池危害如此之大，解決這個(gè)問題已勢在必行。要解決電池的污染問題，對人類現(xiàn)在來講，不管是資金還是技術(shù)上都存在著困難。所以我們只能降低電池對環(huán)境造成的危害。我們首要做的便是將廢舊電池回收。對于電池的回收，我們可以采取在街道設(shè)置回收箱的形式，或者在社會各地建立廢電池回收站，與此同時(shí)，我們還要加強(qiáng)人們對電池危害性的認(rèn)識，形成自覺收集、上交廢舊電池的觀念和意識,廢電池的危害及相應(yīng)策略,電池的發(fā)展趨勢,現(xiàn)代電池越來越朝著科技化方向發(fā)展，燃料電池和太陽能電池有著相當(dāng)可觀的應(yīng)用前景。燃料電池作為一種新型能源，現(xiàn)在造價(jià)還比較高，壽命還不夠長，功率還比較小。但是，隨著有關(guān)研究工作的深入，這些問題將會得到解決。許多科學(xué)家認(rèn)為，在21世紀(jì)知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，燃料電池在能源領(lǐng)域