《化學(xué)電源》上課用

1、2021/3/111 空氣電池空氣電池 鋰電池鋰電池 2021/3/112 銀鋅電池銀鋅電池 鋅汞電池鋅汞電池 2021/3/113 1. 銀鋅電池銀鋅電池 一般用不銹鋼制成小圓盒形，圓盒由正一般用不銹鋼制成小圓盒形，圓盒由正 極殼和負(fù)極殼組成，形似鈕扣（俗稱鈕極殼和負(fù)極殼組成，形似鈕扣（俗稱鈕 扣電池）。盒內(nèi)正極殼一端填充由氧化扣電池）。盒內(nèi)正極殼一端填充由氧化 銀和石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋銀和石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋 一端填充鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料，一端填充鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料， 電解質(zhì)溶液為電解質(zhì)溶液為KOHKOH濃溶液。濃溶液。 2021/3/114 電極反應(yīng)式如

2、下：電極反應(yīng)式如下： 負(fù)極：負(fù)極：Zn + 2OHZn + 2OH- - -2e -2e- - = ZnO + H = ZnO + H2 2O O 正極：正極：AgAg2 2O + HO + H2 2O + 2eO + 2e- - = 2Ag + 2OH = 2Ag + 2OH- - 電池的總反應(yīng)式為：電池的總反應(yīng)式為： AgAg2 2O + Zn = 2Ag + ZnOO + Zn = 2Ag + ZnO 電池的電壓一般為電池的電壓一般為1.59V1.59V，使用壽命較長。，使用壽命較長。 2021/3/115 上圖是鋅錳干電池上圖是鋅錳干電池 2021/3/116 2. 干電池干電池-普通

3、鋅錳電池普通鋅錳電池 干電池用鋅制筒形外殼作負(fù)極，位于中央的干電池用鋅制筒形外殼作負(fù)極，位于中央的 頂蓋上有銅帽的石墨棒作正極，在石墨棒的頂蓋上有銅帽的石墨棒作正極，在石墨棒的 周圍由內(nèi)向外依次是周圍由內(nèi)向外依次是A A：二氧化錳粉末（黑：二氧化錳粉末（黑 色）色）-用于吸收在正極上生成的氫氣用于吸收在正極上生成的氫氣 （以防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象）；（以防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象）；B B：用飽和了氯：用飽和了氯 化銨和氯化鋅的淀粉糊作為電解質(zhì)溶液?；@和氯化鋅的淀粉糊作為電解質(zhì)溶液。 2021/3/117 電極反應(yīng)式為：電極反應(yīng)式為： 負(fù)極（鋅筒）：負(fù)極（鋅筒）：Zn Zn 2e 2e- - = Zn =

4、Zn2+ 2+ 正極（石墨）：正極（石墨）：2NH2NH4 4+ + + 2e + 2e - - = 2NH = 2NH3 3 + + H H2 2 H H2 2 + 2MnO + 2MnO2 2 = Mn = Mn2 2O O3 3 + H + H2 2O O 總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn + 2NHZn + 2NH4 4+ + + 2MnO + 2MnO2 2 = Zn = Zn2+ 2+ + + 2NH2NH3 3 + Mn + Mn2 2O O3 3 + H + H2 2O O 干電池的電壓大約為干電池的電壓大約為1.5V1.5V，不能充電再生。，不能充電再生。 2021/3/118 隨著用電

5、器朝著小型化、多功能化發(fā)展隨著用電器朝著小型化、多功能化發(fā)展 的要求，對電池的發(fā)展也提出了小型化、多的要求，對電池的發(fā)展也提出了小型化、多 功能化發(fā)展的要求。功能化發(fā)展的要求。 2021/3/119 體積小、性能好的堿性鋅錳電池應(yīng)運(yùn)而生。體積小、性能好的堿性鋅錳電池應(yīng)運(yùn)而生。 這類電池的重要特征是電解液由原來的中性這類電池的重要特征是電解液由原來的中性 變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負(fù)極也由鋅片變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負(fù)極也由鋅片 改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流 大幅度提高。大幅度提高。 2021/3/1110 新型燃料電池新型燃料電池 燃料電池不是

6、把還原劑、氧化劑物質(zhì)燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì) 全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷 從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排 出電池出電池 2021/3/1111 3. 3. 氫氧燃料電池氫氧燃料電池 這是一種高效、低污染的新型電池，主要用這是一種高效、低污染的新型電池，主要用 于航天領(lǐng)域。其電極材料一般為活化電極，于航天領(lǐng)域。其電極材料一般為活化電極， 具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極、活性碳電具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極、活性碳電 極等。電解質(zhì)溶液一般為極等。電解質(zhì)溶液一般為40%40%的的KOHKOH溶液。溶液。 電

7、極反應(yīng)式如下：電極反應(yīng)式如下： 負(fù)極：負(fù)極：2H2H2 2 + 4OH + 4OH- - -4e -4e- - = 4H = 4H2 2O O 正極：正極：O O2 2 + 2H + 2H2 2O + 4eO + 4e- - = 4OH = 4OH- - 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2H2H2 2 + O + O2 2 = 2H = 2H2 2O O 2021/3/1112 使用氫氧燃料電池動(dòng)力的法國產(chǎn)標(biāo)致使用氫氧燃料電池動(dòng)力的法國產(chǎn)標(biāo)致TAXI 2021/3/1113 例例1 1：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高 能、輕便、無污染的優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有能、輕便、

8、無污染的優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有 酸式酸式和和堿式堿式兩種，它們放電時(shí)的總反應(yīng)都可兩種，它們放電時(shí)的總反應(yīng)都可 以表示為以表示為2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O，酸式電池中電解質(zhì)是，酸式電池中電解質(zhì)是 酸，其負(fù)極反應(yīng)可表示為，酸，其負(fù)極反應(yīng)可表示為， 則則 其正極反應(yīng)式為其正極反應(yīng)式為_ _ _。 堿式電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式堿式電池的電解質(zhì)是堿，其正極反應(yīng)式 為為 ，則其負(fù)極反應(yīng)可表示為，則其負(fù)極反應(yīng)可表示為 _ _。 O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ + O O2 2+2H+2H2 2O

9、+4eO+4e- -=4OH=4OH- - 2021/3/1114 例例2 2：氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然：氫氣是燃料電池最簡單的燃料，雖然 使用方便，卻受到價(jià)格和來源的限制。常用使用方便，卻受到價(jià)格和來源的限制。常用 的燃料往往是某些碳?xì)浠衔?，如：甲烷、的燃料往往是某些碳?xì)浠衔?，如：甲烷?汽油等。請寫出將圖中氫氣換成甲烷時(shí)所構(gòu)汽油等。請寫出將圖中氫氣換成甲烷時(shí)所構(gòu) 成的甲烷燃料電池中成的甲烷燃料電池中a a極的電極反應(yīng)式：極的電極反應(yīng)式： ， 此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)式此時(shí)電池內(nèi)總的反應(yīng)式 ： 。 KOH溶液溶液 CH4 O2 H2O a b CH4+10OH- - 8e-=CO32-

10、 +7H2O CH4+2O2+2KOH= K2CO3+3H2O 2021/3/1115 鉛蓄電池鉛蓄電池 2021/3/1116 2021/3/1117 4. 鉛蓄電池鉛蓄電池 鉛蓄電池可放電也可以充電，一般用硬橡膠鉛蓄電池可放電也可以充電，一般用硬橡膠 或透明塑料制成長方形外殼（防止酸液的泄或透明塑料制成長方形外殼（防止酸液的泄 漏）；設(shè)有多層電極板，其中正極板上有一漏）；設(shè)有多層電極板，其中正極板上有一 層棕褐色的二氧化鉛，負(fù)極是海綿狀的金屬層棕褐色的二氧化鉛，負(fù)極是海綿狀的金屬 鉛，正負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板鉛，正負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板 隔開（以防止電極之間發(fā)生短路）；

11、兩極均隔開（以防止電極之間發(fā)生短路）；兩極均 浸入到硫酸溶液中。浸入到硫酸溶液中。 2021/3/1118 放電時(shí)為原電池，其電極反應(yīng)如下：放電時(shí)為原電池，其電極反應(yīng)如下： 負(fù)極：負(fù)極：Pb + SOPb + SO4 42- 2- - 2e - 2e - - = PbSO = PbSO4 4 正極：正極：PbOPbO2 2 + 4H + 4H+ + + SO + SO4 42- 2- + 2e + 2e - - = PbSO = PbSO4 4 + 2H+ 2H2 2O O 總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：Pb + PbOPb + PbO2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 = = 2PbS

12、O2PbSO4 4 + 2H + 2H2 2O O 當(dāng)放電進(jìn)行時(shí)，硫酸溶液的的濃度將不斷降當(dāng)放電進(jìn)行時(shí)，硫酸溶液的的濃度將不斷降 低，當(dāng)溶液的密度降到低，當(dāng)溶液的密度降到1.18g/ml 1.18g/ml 時(shí)應(yīng)停止使時(shí)應(yīng)停止使 用進(jìn)行充電，充電時(shí)為電解池，用進(jìn)行充電，充電時(shí)為電解池， 2021/3/1119 5. 堿性蓄電池堿性蓄電池 這類電池一般壽命比鉛酸蓄電池長很多，且這類電池一般壽命比鉛酸蓄電池長很多，且 拾攜帶很方便。拾攜帶很方便。 Ni-CdNi-Cd電池：電池：Cd + 2NiO(OH) + 2HCd + 2NiO(OH) + 2H2 2O = O = 2Ni(OH)2Ni(OH)

13、2 2 + Cd(OH) + Cd(OH)2 2 Ni-FeNi-Fe電池：電池：Fe + 2NiO(OH) + 2HFe + 2NiO(OH) + 2H2 2O = O = 2Ni(OH)2Ni(OH)2 2 + Fe(OH) + Fe(OH)2 2 2021/3/1120 （ 堿性可充電電池及簡易充電座）堿性可充電電池及簡易充電座） 2021/3/1121 鋰電池鋰電池 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極， 跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使 用壽命大大延長。用壽命大大延長。 使用鋰電源的手機(jī)與手提電腦使

14、用鋰電源的手機(jī)與手提電腦 2021/3/1122 6. 微型鋰電池微型鋰電池 常用于心臟起搏器、手機(jī)的一種微型電池，常用于心臟起搏器、手機(jī)的一種微型電池， 一般用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解質(zhì)一般用金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，電解質(zhì) 溶液為溶有四氯化鋁鋰（溶液為溶有四氯化鋁鋰（LiAlClLiAlCl4 4 ）的亞硫）的亞硫 酸氯（酸氯（SOClSOCl2 2 ）。電池的總反應(yīng)式如下：）。電池的總反應(yīng)式如下： 8Li + 3SOCl8Li + 3SOCl2 2 = 6LiCl + Li = 6LiCl + Li2 2SOSO3 3 + 2S + 2S 這種電池的容量大，電壓穩(wěn)定，能在這種電池的

15、容量大，電壓穩(wěn)定，能在- - 56.756.70 0C- +71.1C- +71.10 0C C的大范圍溫差內(nèi)正常工作的大范圍溫差內(nèi)正常工作 2021/3/1123 日本產(chǎn)海水電池日本產(chǎn)海水電池 以海水電池為能源的航海標(biāo)志燈以海水電池為能源的航海標(biāo)志燈 2021/3/1124 7.海水電池海水電池 19911991年，我國科學(xué)家首創(chuàng)以鋁年，我國科學(xué)家首創(chuàng)以鋁-空氣空氣-海海 水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。 該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣 中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流

16、。 2021/3/1125 其電極反應(yīng)式如下：其電極反應(yīng)式如下： 負(fù)極：負(fù)極：4Al 4Al 12e 12e- - = 4Al = 4Al3+ 3+ 正極：正極：3O3O2 2 + 6H + 6H2 2O + 12eO + 12e- - = 12OH = 12OH- - 總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：4Al + 3O4Al + 3O2 2 + 6H + 6H2 2O = O = 4Al(OH)4Al(OH)3 3 這種電池的能量比普通干電池高這種電池的能量比普通干電池高20-5020-50倍！倍！ 2021/3/1126 8. 熔融鹽燃料電池熔融鹽燃料電池 這是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電這是

17、一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電 池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國家己接近民用工池，在加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國家己接近民用工 業(yè)化水平。按其所用燃料或熔融鹽的不同，業(yè)化水平。按其所用燃料或熔融鹽的不同， 有多個(gè)不同的品種，如天然氣、有多個(gè)不同的品種，如天然氣、COCO、-熔融熔融 碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等，一般要在一碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等，一般要在一 定的高溫下（確保鹽處于熔化狀態(tài)）才能工定的高溫下（確保鹽處于熔化狀態(tài)）才能工 作。作。 2021/3/1127 下面以下面以CO-LiCO-Li2 2COCO3 3 + Na + Na2 2COCO3 3-空氣與空氣與COCO2 2型型 電池為例加以說

18、明：電池為例加以說明： 總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：2CO + O2CO + O2 2 = 2CO = 2CO2 2 該電池的工作溫度一般為該電池的工作溫度一般為6506500 0C C 負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：2CO + 2CO2CO + 2CO3 32- 2- -4e -4e- - = = 4CO4CO2 2 正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：O O2 2 + 2CO + 2CO2 2 + 4e + 4e- - = = 2CO2CO3 32- 2- 2021/3/1128 例例3. 3. 熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率, ,因因 而受到重視而受到重視. .可用可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔融鹽混的熔融鹽混 合物用電解質(zhì)合物用電解質(zhì),CO,CO為陽極燃?xì)鉃殛枠O燃?xì)? ,空氣與空氣與COCO2 2的混的混 合氣為陰極助燃?xì)夂蠚鉃殛帢O助燃?xì)? ,制得在制得在65006500下工作的燃下工作的燃 料電池料電池, ,完成有關(guān)的電池反應(yīng)式完成有關(guān)的電池反應(yīng)式: : 負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式： 正極反應(yīng)式正極反應(yīng)式:O:O2 2+2CO+2CO2