電化學原理-第十章化學電源課件

第十章

化學電源冶金工程高萌第十章

化學電源冶金工程高萌目錄電池類型與電池反應電池的性能電池反應動力學一次電池二次電池目錄電池類型與電池反應電池的性能電池反應動力學一次電池二次電10.1電池類型與電池反應一、電池類型

利用物質(zhì)的化學變化或物理變化，并把這些變化所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置，叫做電池?；瘜W電池：把化學反應產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置物理電池：把物理反應產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置10.1電池類型與電池反應一、電池類型分類化學電池物理電池原電池（一次電池）蓄電池（二次電池）燃料電池太陽能電池原子能電池熱電發(fā)電器分類化學電池物理電池原電池蓄電池燃料電池太陽能電池原子能電池活性物質(zhì)電池中發(fā)生氧化還原反應放出能量的物質(zhì)，稱為活性物質(zhì)。活性物質(zhì)僅能使用一次—一次電池放電后經(jīng)充電可繼續(xù)使用—二次電池活性物質(zhì)電池中發(fā)生氧化還原反應放出能量的物質(zhì)，稱為活性物質(zhì)?；瘜W電池由正極、負極和電解質(zhì)構(gòu)成。電解質(zhì)：酸性水溶液、堿性水溶液、各種鹽類的中性水溶液，部分非水溶液、融鹽類、固體電解質(zhì)電極反應：正極：P1+ne=P2負極：N1=N2+ne

總反應：P1+N1=N2+P2

△G<0,反應自發(fā)進行。二、化學電池的反應化學電池由正極、負極和電解質(zhì)構(gòu)成。二、化學電池的反應10.2電池的性能電池性能的要求：

①電動勢高，放電時電動勢的下降及隨時間的變化?。虎谫|(zhì)量比容量或體積比容量高；③活性物質(zhì)的利用率大；④維護方便、貯存性及耐久性優(yōu)異；⑤價格低廉。10.2電池的性能電池性能的要求：一、電池電動勢正負極電極電位：

和電池的電動勢：一、電池電動勢正負極電極電位：根據(jù)電化學熱力學可知：△G為總反應式中自由能的變化E0為標準電池電動勢根據(jù)電化學熱力學可知：△G為總反應式中自由能的變化常用的一些電極活性物質(zhì)作電極時的電極電位常用的一些電極活性物質(zhì)作電極時的電極電位額定電壓：

同一種電池中每個電池的電動勢不是固定不變的。因此，取其有代表性的數(shù)值規(guī)定為某種電池的電動勢（開路電壓），這個值就叫做額定電壓。如何提高電池電動勢：使用電子親和力大的、容易還原的物質(zhì)（在高度被氧化狀態(tài)下氧化力強的物質(zhì)）為正極活性物質(zhì)；使用電子親和力小、容易氧化的物質(zhì)（在高度還原狀態(tài)下還原能力強的物質(zhì)）為負極活性物質(zhì)。額定電壓：電解液：為使電池便于維護，通常使用水溶液作為電池的電解液特例：強氧化劑F和強還原劑Li，Na等在水中能與水發(fā)生劇烈的氧化還原反應；它們必須使用非水溶液、融鹽類或固體電解質(zhì)作為電解質(zhì)。電解液：二、充、放電過程中的電極極化及端電壓隨時間的變化無論電池的電動勢有多高，在放電時，電池的端電壓總是要下降，而在充電時又總是要升高—電池反應的必然規(guī)律，影響電池性能的主要問題主要由電池內(nèi)歐姆電阻及電極極化引起二、充、放電過程中的電極極化及端電壓隨時間的變化無論電池的電電池放電過程中，電池的端電壓：若正、負極上的極化由濃差極化和電化學極化混合控制，則：

電化學極化過電位濃差極化過電位電池放電過程中，電池的端電壓：電化學極化過電位濃差極化過電位由第六章知：電化學極化過電位和濃差極化過電位可分別表示為：由第六章知：電化學極化過電位和濃差極化過電位可分別表示為：電池的極化電阻為：電池的極化電阻為：電化學原理-第十章化學電源課件電池歐姆內(nèi)阻RI由電極、活性物質(zhì)和電解質(zhì)溶液中的歐姆電阻組成。大致包括：

①活性物質(zhì)為電子導體，本身作電極使用的電阻

②惰性電極與活性物質(zhì)接觸形成接觸歐姆電阻

③充、放電反應過程中反應物或產(chǎn)物也會產(chǎn)生電阻，且電阻大小不斷變化

④電解液的電阻電池歐姆內(nèi)阻RI由電極、活性物質(zhì)和電解質(zhì)溶液中的歐姆電阻組成電化學原理-第十章化學電源課件引起極化的主要原因反應前后在電解質(zhì)溶液和固體活性物質(zhì)中都有物質(zhì)的遷移。在活性物質(zhì)中反應物粒子或產(chǎn)物粒子的遷移速度比在電解液中的要慢得多，從而引起極化。解決辦法：電池反應伴有化學反應過程時添加催化劑，在電極上添加催化劑，提高電池工作溫度，減小電池的內(nèi)阻引起極化的主要原因反應前后在電解質(zhì)溶液和固體活性物質(zhì)中都有物三、容量（額定容量）定義：在給定的放電條件下，電池放電至終止電壓時所放出的電量。單位：安時（Ah）1安時（Ah）等于用1安培（A）的電流放電1小時（h）比容量：單位體積的容量或單位質(zhì)量的容量，為提高比容量，活性物質(zhì)電化當量要小。電極活性物質(zhì)在放電過程中，由于反應生成物對活性物質(zhì)放電的影響，往往只有部分活性物質(zhì)能發(fā)生放電反應?；钚晕镔|(zhì)利用率一般在30%-50%之間。三、容量（額定容量）定義：在給定的放電條件下，電池放電至終止表10.3獲得1Ah電量所需的活性物質(zhì)量正極活性物質(zhì)1Ah所需要的活性物質(zhì)負極活性物質(zhì)1Ah所需要的活性物質(zhì)PbO4.45Pb3.87HgO4.03Cd2.10MnO23.24Zn1.22Ni2O33.08AI0.33AgO2.33CH40.03O20.30H20.04表10.3獲得1Ah電量所需的活性物質(zhì)量正極活性物質(zhì)1A四、自放電化學電源在不向外輸出電流時消耗活性物質(zhì)的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：活性物質(zhì)內(nèi)與電解質(zhì)中的雜質(zhì)使電池內(nèi)形成局部電池。這種局部電池造成了電池內(nèi)部短路，促進腐蝕，引起自放電。四、自放電化學電源在不向外輸出電流時消耗活性物質(zhì)的現(xiàn)象。鋅錳干電池的自放電活性物質(zhì)鋅溶解在電解液中被消耗掉：Zn→Zn2++2e同時鋅電極表面發(fā)生：2H++2e→H2總反應為：

Zn+2H+→Zn2++H2①若為高純度鋅，則鋅表面析氫過電位很高，不會發(fā)生自放電。②若鋅電極表面有銅、鐵之類的低析氫過電位雜質(zhì)存在，自放電會很容易進行。

③若電解液中溶解有氧，則發(fā)生反應：

4H++O2+4e=2H2O鋅錳干電池的自放電活性物質(zhì)鋅溶解在電解液中被消耗掉：如何避免自放電活性物質(zhì)在電解液中的溶解度應該盡可能小；電池體系內(nèi)應盡可能避免存在容易形成局部電池的雜質(zhì)；對于自放電劇烈的電池，往往制成注液型電池，只在使用前才注入電解液。如何避免自放電活性物質(zhì)在電解液中的溶解度應該盡可能??；五、電池的效率（簡介）1、效率表示方法電池的總效率是指電池中化學反應放出的總能量與轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽Φ哪芰恐?/p>

最大熱效率電壓效率法拉第電流效率電池設(shè)計的目標是使、為1五、電池的效率（簡介）1、效率表示方法2、功率與電流密度的關(guān)系3、極限情況下的最大電功(1)電池電壓與電流成線性關(guān)系

Emax=E/2Imax=E/2m(2)電池電壓與電流密度成半對數(shù)關(guān)系Lnjmax=(E+a-b)/bEmax=b

2、功率與電流密度的關(guān)系3、活性物質(zhì)的利用率4、電池的能量效率二次電池的電量效率和能量效率

3、活性物質(zhì)的利用率10.3電池反應動力學（簡介）在固體活性物質(zhì)—水溶液體系中，電池反應的速度控制步驟一般有三種：（1）伴有離子和電子傳遞的固相反應（2）反應生成物參與的固、液相反應（3）反應生成物溶解、再析出反應10.3電池反應動力學（簡介）在固體活性物質(zhì)—水溶液體系中動力學研究中，電極制作方法：一種是把活性物質(zhì)直接電析在經(jīng)過相同處理的金屬板或碳電極上；另一種是在這種電極上先鍍上一層稍厚的活性物質(zhì)，然后讓電極反復地進行陽極氧化和陰極還原。動力學研究中，電極制作方法：一種是把活性物質(zhì)直接電析在經(jīng)過相一、伴有離子和電子傳遞的固相反應MnO2+H2O+eMnOOH+OH-控制步驟是H+離子和e電子向固相內(nèi)擴散二、反應生成物參與的固、液相反應2MnOOH+2H+MnO2+Mn2++2H2O控制步驟是MnO2在硫酸中放電的過程一、伴有離子和電子傳遞的固相反應MnO2+H2O+e三、反應生成物溶解、再析出反應發(fā)生反應生成物溶解、再析出反應的物質(zhì)，其反應生成物在電解液中的溶解度很小，即使溶解了，也會立即和溶液發(fā)生反應而析出。該反應發(fā)生在電極表面附近，可分為晶核的形成和晶核生長兩個過程。例：Ag2O變成AgO的過程中，AgO在電極表面形成半球狀的晶體，同時晶粒長大。三、反應生成物溶解、再析出反應發(fā)生反應生成物溶解、再析出反應10.4一次電池定義：將化學能轉(zhuǎn)化為電能并輸出的電化學裝置特點：一旦化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，就不能再將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，即化學反應是不可逆的。分類：干電池、濕電池、注液電池10.4一次電池定義：將化學能轉(zhuǎn)化為電能并輸出的電化學裝置使用量最大：鋅錳電池糊狀干電池（用淀粉或甲基纖維素把NH4Cl與ZnCl2混合電解液變成凝膠狀）紙板干電池（把電解液吸附在紙板中）堿性干電池（使用吸液性隔膜吸附KOH電解液）使用量最大：鋅錳電池糊狀干電池（用淀粉或甲基纖維素把NH4C性能比較性能比較一、錳干電池電池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合溶液(淀粉糊化)|MnO2+C(+)以二氧化錳為正極，鋅為負極，并以氯化銨水溶液為主電解質(zhì)，用紙、棉或淀粉等使電解質(zhì)凝膠化。用途：照明，攜帶式收音機，火箭點火等形狀：圓筒形、方形、扁平形、紐扣形單體、多個串聯(lián)或并聯(lián)一、錳干電池電池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合電化學原理-第十章化學電源課件反應機理一般認為，首先在負極Zn上發(fā)生：Zn+2Cl-→ZnCl2含水+2e該反應的電位隨電解液pH值變化在pH值為1.3~3.85范圍內(nèi)E=-0.465-0.0733pH(E=-0.56~-0.85V)

在pH值為3.9~5.0范圍內(nèi)E=-0.392-0.0916pH(E=-0.75~-0.85V)反應機理一般認為，首先在負極Zn上發(fā)生：正極反應非常復雜，電位不僅隨MnO2的種類、電解液pH值等變化，而且隨放電情況而變化。一般為：在MnO2固相內(nèi)，電子由正極進入晶格中，發(fā)生Mn4+→Mn2+的還原反應，或者說H+與電子都在均一的MnO2固相內(nèi)參與還原反應，即：

MnO2+H++e→MnOOH如下圖(1)、(2)機理，后期按(3)、(4)機理生成Mn2+離子以及鋅錳石。正極反應非常復雜，電位不僅隨MnO2的種類、電解液pH值等變電化學原理-第十章化學電源課件電化學原理-第十章化學電源課件二、堿錳電池(-)Zn(汞齊化)|NaOH或KOH(30%~40%)水溶液+ZnO|MnO2+石墨(+)外殼是正極，中央部位是鋅負極，組成反極結(jié)構(gòu)正極活性物質(zhì)：高純度電解二氧化錳，并加入鱗片狀石墨作為導電劑電解液：30%的KOH水溶液，其中添加10%~20%ZnO或Zn(OH)2外殼：鋼制的容器二、堿錳電池(-)Zn(汞齊化)|NaOH或KOH(30%~反應機理

正極反應，在很寬的電流范圍內(nèi)放電時：⑴MnO1.92→MnO1.7從晶格膨脹到非晶態(tài)生成物；⑵MnO1.7→MnO1.5→-MnOOH；⑶MnO1.5→MnO1.33→Mn3O4；⑷最終產(chǎn)物MnO1.0→Mn(OH)2；

反應機理正極反應，在很寬的電流范圍內(nèi)放電時：負極反應，在堿性溶液中：

Zn+4OH-→Zn(OH)42-+2e鋅以四羥基鋅絡離子的形式溶解，當四羥基鋅絡離子在溶液中達到飽和時，即變成氫氧化鋅乃至氧化鋅：Zn(OH)42-→Zn(OH)2+2OH-Zn(OH)2→ZnO+2e負極總反應：Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e負極反應，在堿性溶液中：10.5二次電池定義：可反復進行充放電的電池10.5二次電池定義：可反復進行充放電的電池一、鉛酸蓄電池鉛酸電池的歷史是以1859年法國人普蘭特的研究為開端的，當時普蘭特發(fā)現(xiàn)，當直流電通過浸在稀硫酸中的兩塊鉛板時，在兩塊鉛板上能夠重復的產(chǎn)生電動勢，他便以此為基礎(chǔ)制成了蓄電池.分類：開放式、密封式、免維護式結(jié)構(gòu)：Pb|H2SO4|PbO2,Pb

額定電壓為2.0V一、鉛酸蓄電池鉛酸電池的歷史是以1859年法國人普蘭特的研究電動三輪車專用UPS及電動摩托車用6V、12V起動用干荷電鉛酸蓄電池OA型啟動系列蓄電池電動車用鉛酸電池電動三輪車專用UPS及電動摩托車用6V、12V起動用干荷電鉛蓄電池主要由極板、隔板、電解液和外殼組成。蓄電池由3只或6只單格電池串聯(lián)而成，每只單格電池電壓約為2V，串聯(lián)成6V或12V以供汽車選用。蓄電池主要由極板、隔板、電解液和外殼組成。蓄電池由3放電時電極反應負極：Pb+SO42-→PbSO4+2e正極：PbO2+SO42-+4H++2e→PbSO4+2H2O電池反應為：Pb+2H2SO4+PbO2→2PbSO4+2H2O放電時電極反應負極：Pb+SO42-→PbSO4+2e充電時電池反應機理充電時，負極反應機理：PbSO4(固體)→PbSO4(液體)→Pb2+→Pb正極最終反應為：PbSO4+2H2O→PbO2+SO42-+4H++2e電池總反應：

2PbSO4+2H2O→Pb+2H2SO4

+PbO2充電時電池反應機理充電時，負極反應機理：電極電位及電動勢計算由能斯特公式，得其電動勢：實際測得的電動勢為：正極的電位為：負極的電位為：

電極電位及電動勢計算由能斯特公式，得其電動勢：二、堿性蓄電池定義：使用苛性鉀等堿性水溶液為電解液的二次電池二、堿性蓄電池定義：使用苛性鉀等堿性水溶液為電解液的二次電池電化學原理-第十章化學電源課件1.堿性電池中的電極(1)鎳電極

活性物質(zhì)：氫氧化鎳放電機理類似于二氧化錳電極，是通過晶格中電子缺陷和質(zhì)子缺陷的遷移來實現(xiàn)氧化還原反應的。

鎳電極在在苛性鉀溶液中的平衡電位與活度的關(guān)系：

1.堿性電池中的電極(1)鎳電極(2)鎘電極反應機理有兩種觀點：

①

Cd→CdO→Cd(OH)2

②Cd→Cd2+→Cd(OH)2→Cd(OH)2成長電極電位：(2)鎘電極(3)氧化銀電極銀電極在堿性溶液中充電反應：Ag→Ag2O→AgO

放電反應：AgO→Ag2O→Ag

(3)氧化銀電極(4)鋅電極放電過程：Zn+2OH-→Zn(OH)2+2eZn(OH)2+2OH-→Zn(OH)42-

Zn(OH)42-→ZnO+H2O+2OH-

（四羥基鋅絡合離子）

充電過程恰好相反

(4)鋅電極(5)空氣電極

(O2)吸附+e→(O2-)吸附

(O2-)吸附+H2O→(HO2)吸附+OH-(HO2)吸附+e→(HO2-)吸附總反應：

O2+H2O+2e→OH-+HO2-在催化劑的作用下：

2HO2-→O2+2OH-總反應：O2+2H2O+4e→4OH-(5)空氣電極三、鎳—金屬氫化物電池正極是鎳電極，負極采用貯氫合金，電解質(zhì)是KOH水溶液負極充電時：M+H2O+e=MH+OH+

電極電位：鎳正極的反應：

Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e充放電反應：Ni(OH)2+MNiOOH+MH三、鎳—金屬氫化物電池正極是鎳電極，負極采用貯氫合金，電解質(zhì)貯氫合金稀土鎳系貯氫合金

LaNi5合金，后用Mn、Al、Co取代Ni，用廉價混合稀土代替LaLaves相貯氫合金(AB2型)

二元鋯基Laves相合金，Ti-Zr-V-Cr-Ni多相合金，貯氫量1.8%~2.4%鎂基貯氫合金貯氫量3%~3.6%，中溫形貯氫合金，吸放氫的動力學性能較差，在堿性溶液中耐腐蝕性差。

貯氫合金稀土鎳系貯氫合金思考題1.什么叫化學電源，什么叫物理電源，各有哪些種類？6.能否以PbO作為正極，Li作為負極制造電池？（提示：從電解液、結(jié)構(gòu)、制造工藝、成本等方面考慮）5.如何提高電池的電動勢？7.電池在充放電過程中電壓的變化由哪些原因引起，如何減小電池端電壓的變化，減小電池端電壓的變化有何實際意義？思考題1.什么叫化學電源，什么叫物理電源，各有哪些種類？6.ThankYou!ThankYou!63

以上有不當之處，請大家給與批評指正，謝謝大家！63第十章

化學電源冶金工程高萌第十章

化學電源冶金工程高萌目錄電池類型與電池反應電池的性能電池反應動力學一次電池二次電池目錄電池類型與電池反應電池的性能電池反應動力學一次電池二次電10.1電池類型與電池反應一、電池類型

利用物質(zhì)的化學變化或物理變化，并把這些變化所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置，叫做電池。化學電池：把化學反應產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置物理電池：把物理反應產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置10.1電池類型與電池反應一、電池類型分類化學電池物理電池原電池（一次電池）蓄電池（二次電池）燃料電池太陽能電池原子能電池熱電發(fā)電器分類化學電池物理電池原電池蓄電池燃料電池太陽能電池原子能電池活性物質(zhì)電池中發(fā)生氧化還原反應放出能量的物質(zhì)，稱為活性物質(zhì)?；钚晕镔|(zhì)僅能使用一次—一次電池放電后經(jīng)充電可繼續(xù)使用—二次電池活性物質(zhì)電池中發(fā)生氧化還原反應放出能量的物質(zhì)，稱為活性物質(zhì)?；瘜W電池由正極、負極和電解質(zhì)構(gòu)成。電解質(zhì)：酸性水溶液、堿性水溶液、各種鹽類的中性水溶液，部分非水溶液、融鹽類、固體電解質(zhì)電極反應：正極：P1+ne=P2負極：N1=N2+ne

總反應：P1+N1=N2+P2

△G<0,反應自發(fā)進行。二、化學電池的反應化學電池由正極、負極和電解質(zhì)構(gòu)成。二、化學電池的反應10.2電池的性能電池性能的要求：

①電動勢高，放電時電動勢的下降及隨時間的變化?。虎谫|(zhì)量比容量或體積比容量高；③活性物質(zhì)的利用率大；④維護方便、貯存性及耐久性優(yōu)異；⑤價格低廉。10.2電池的性能電池性能的要求：一、電池電動勢正負極電極電位：

和電池的電動勢：一、電池電動勢正負極電極電位：根據(jù)電化學熱力學可知：△G為總反應式中自由能的變化E0為標準電池電動勢根據(jù)電化學熱力學可知：△G為總反應式中自由能的變化常用的一些電極活性物質(zhì)作電極時的電極電位常用的一些電極活性物質(zhì)作電極時的電極電位額定電壓：

同一種電池中每個電池的電動勢不是固定不變的。因此，取其有代表性的數(shù)值規(guī)定為某種電池的電動勢（開路電壓），這個值就叫做額定電壓。如何提高電池電動勢：使用電子親和力大的、容易還原的物質(zhì)（在高度被氧化狀態(tài)下氧化力強的物質(zhì)）為正極活性物質(zhì)；使用電子親和力小、容易氧化的物質(zhì)（在高度還原狀態(tài)下還原能力強的物質(zhì)）為負極活性物質(zhì)。額定電壓：電解液：為使電池便于維護，通常使用水溶液作為電池的電解液特例：強氧化劑F和強還原劑Li，Na等在水中能與水發(fā)生劇烈的氧化還原反應；它們必須使用非水溶液、融鹽類或固體電解質(zhì)作為電解質(zhì)。電解液：二、充、放電過程中的電極極化及端電壓隨時間的變化無論電池的電動勢有多高，在放電時，電池的端電壓總是要下降，而在充電時又總是要升高—電池反應的必然規(guī)律，影響電池性能的主要問題主要由電池內(nèi)歐姆電阻及電極極化引起二、充、放電過程中的電極極化及端電壓隨時間的變化無論電池的電電池放電過程中，電池的端電壓：若正、負極上的極化由濃差極化和電化學極化混合控制，則：

電化學極化過電位濃差極化過電位電池放電過程中，電池的端電壓：電化學極化過電位濃差極化過電位由第六章知：電化學極化過電位和濃差極化過電位可分別表示為：由第六章知：電化學極化過電位和濃差極化過電位可分別表示為：電池的極化電阻為：電池的極化電阻為：電化學原理-第十章化學電源課件電池歐姆內(nèi)阻RI由電極、活性物質(zhì)和電解質(zhì)溶液中的歐姆電阻組成。大致包括：

①活性物質(zhì)為電子導體，本身作電極使用的電阻

②惰性電極與活性物質(zhì)接觸形成接觸歐姆電阻

③充、放電反應過程中反應物或產(chǎn)物也會產(chǎn)生電阻，且電阻大小不斷變化

④電解液的電阻電池歐姆內(nèi)阻RI由電極、活性物質(zhì)和電解質(zhì)溶液中的歐姆電阻組成電化學原理-第十章化學電源課件引起極化的主要原因反應前后在電解質(zhì)溶液和固體活性物質(zhì)中都有物質(zhì)的遷移。在活性物質(zhì)中反應物粒子或產(chǎn)物粒子的遷移速度比在電解液中的要慢得多，從而引起極化。解決辦法：電池反應伴有化學反應過程時添加催化劑，在電極上添加催化劑，提高電池工作溫度，減小電池的內(nèi)阻引起極化的主要原因反應前后在電解質(zhì)溶液和固體活性物質(zhì)中都有物三、容量（額定容量）定義：在給定的放電條件下，電池放電至終止電壓時所放出的電量。單位：安時（Ah）1安時（Ah）等于用1安培（A）的電流放電1小時（h）比容量：單位體積的容量或單位質(zhì)量的容量，為提高比容量，活性物質(zhì)電化當量要小。電極活性物質(zhì)在放電過程中，由于反應生成物對活性物質(zhì)放電的影響，往往只有部分活性物質(zhì)能發(fā)生放電反應?；钚晕镔|(zhì)利用率一般在30%-50%之間。三、容量（額定容量）定義：在給定的放電條件下，電池放電至終止表10.3獲得1Ah電量所需的活性物質(zhì)量正極活性物質(zhì)1Ah所需要的活性物質(zhì)負極活性物質(zhì)1Ah所需要的活性物質(zhì)PbO4.45Pb3.87HgO4.03Cd2.10MnO23.24Zn1.22Ni2O33.08AI0.33AgO2.33CH40.03O20.30H20.04表10.3獲得1Ah電量所需的活性物質(zhì)量正極活性物質(zhì)1A四、自放電化學電源在不向外輸出電流時消耗活性物質(zhì)的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：活性物質(zhì)內(nèi)與電解質(zhì)中的雜質(zhì)使電池內(nèi)形成局部電池。這種局部電池造成了電池內(nèi)部短路，促進腐蝕，引起自放電。四、自放電化學電源在不向外輸出電流時消耗活性物質(zhì)的現(xiàn)象。鋅錳干電池的自放電活性物質(zhì)鋅溶解在電解液中被消耗掉：Zn→Zn2++2e同時鋅電極表面發(fā)生：2H++2e→H2總反應為：

Zn+2H+→Zn2++H2①若為高純度鋅，則鋅表面析氫過電位很高，不會發(fā)生自放電。②若鋅電極表面有銅、鐵之類的低析氫過電位雜質(zhì)存在，自放電會很容易進行。

③若電解液中溶解有氧，則發(fā)生反應：

4H++O2+4e=2H2O鋅錳干電池的自放電活性物質(zhì)鋅溶解在電解液中被消耗掉：如何避免自放電活性物質(zhì)在電解液中的溶解度應該盡可能小；電池體系內(nèi)應盡可能避免存在容易形成局部電池的雜質(zhì)；對于自放電劇烈的電池，往往制成注液型電池，只在使用前才注入電解液。如何避免自放電活性物質(zhì)在電解液中的溶解度應該盡可能??；五、電池的效率（簡介）1、效率表示方法電池的總效率是指電池中化學反應放出的總能量與轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽Φ哪芰恐?/p>

最大熱效率電壓效率法拉第電流效率電池設(shè)計的目標是使、為1五、電池的效率（簡介）1、效率表示方法2、功率與電流密度的關(guān)系3、極限情況下的最大電功(1)電池電壓與電流成線性關(guān)系

Emax=E/2Imax=E/2m(2)電池電壓與電流密度成半對數(shù)關(guān)系Lnjmax=(E+a-b)/bEmax=b

2、功率與電流密度的關(guān)系3、活性物質(zhì)的利用率4、電池的能量效率二次電池的電量效率和能量效率

3、活性物質(zhì)的利用率10.3電池反應動力學（簡介）在固體活性物質(zhì)—水溶液體系中，電池反應的速度控制步驟一般有三種：（1）伴有離子和電子傳遞的固相反應（2）反應生成物參與的固、液相反應（3）反應生成物溶解、再析出反應10.3電池反應動力學（簡介）在固體活性物質(zhì)—水溶液體系中動力學研究中，電極制作方法：一種是把活性物質(zhì)直接電析在經(jīng)過相同處理的金屬板或碳電極上；另一種是在這種電極上先鍍上一層稍厚的活性物質(zhì)，然后讓電極反復地進行陽極氧化和陰極還原。動力學研究中，電極制作方法：一種是把活性物質(zhì)直接電析在經(jīng)過相一、伴有離子和電子傳遞的固相反應MnO2+H2O+eMnOOH+OH-控制步驟是H+離子和e電子向固相內(nèi)擴散二、反應生成物參與的固、液相反應2MnOOH+2H+MnO2+Mn2++2H2O控制步驟是MnO2在硫酸中放電的過程一、伴有離子和電子傳遞的固相反應MnO2+H2O+e三、反應生成物溶解、再析出反應發(fā)生反應生成物溶解、再析出反應的物質(zhì)，其反應生成物在電解液中的溶解度很小，即使溶解了，也會立即和溶液發(fā)生反應而析出。該反應發(fā)生在電極表面附近，可分為晶核的形成和晶核生長兩個過程。例：Ag2O變成AgO的過程中，AgO在電極表面形成半球狀的晶體，同時晶粒長大。三、反應生成物溶解、再析出反應發(fā)生反應生成物溶解、再析出反應10.4一次電池定義：將化學能轉(zhuǎn)化為電能并輸出的電化學裝置特點：一旦化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，就不能再將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，即化學反應是不可逆的。分類：干電池、濕電池、注液電池10.4一次電池定義：將化學能轉(zhuǎn)化為電能并輸出的電化學裝置使用量最大：鋅錳電池糊狀干電池（用淀粉或甲基纖維素把NH4Cl與ZnCl2混合電解液變成凝膠狀）紙板干電池（把電解液吸附在紙板中）堿性干電池（使用吸液性隔膜吸附KOH電解液）使用量最大：鋅錳電池糊狀干電池（用淀粉或甲基纖維素把NH4C性能比較性能比較一、錳干電池電池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合溶液(淀粉糊化)|MnO2+C(+)以二氧化錳為正極，鋅為負極，并以氯化銨水溶液為主電解質(zhì)，用紙、棉或淀粉等使電解質(zhì)凝膠化。用途：照明，攜帶式收音機，火箭點火等形狀：圓筒形、方形、扁平形、紐扣形單體、多個串聯(lián)或并聯(lián)一、錳干電池電池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合電化學原理-第十章化學電源課件反應機理一般認為，首先在負極Zn上發(fā)生：Zn+2Cl-→ZnCl2含水+2e該反應的電位隨電解液pH值變化在pH值為1.3~3.85范圍內(nèi)E=-0.465-0.0733pH(E=-0.56~-0.85V)

在pH值為3.9~5.0范圍內(nèi)E=-0.392-0.0916pH(E=-0.75~-0.85V)反應機理一般認為，首先在負極Zn上發(fā)生：正極反應非常復雜，電位不僅隨MnO2的種類、電解液pH值等變化，而且隨放電情況而變化。一般為：在MnO2固相內(nèi)，電子由正極進入晶格中，發(fā)生Mn4+→Mn2+的還原反應，或者說H+與電子都在均一的MnO2固相內(nèi)參與還原反應，即：

MnO2+H++e→MnOOH如下圖(1)、(2)機理，后期按(3)、(4)機理生成Mn2+離子以及鋅錳石。正極反應非常復雜，電位不僅隨MnO2的種類、電解液pH值等變電化學原理-第十章化學電源課件電化學原理-第十章化學電源課件二、堿錳電池(-)Zn(汞齊化)|NaOH或KOH(30%~40%)水溶液+ZnO|MnO2+石墨(+)外殼是正極，中央部位是鋅負極，組成反極結(jié)構(gòu)正極活性物質(zhì)：高純度電解二氧化錳，并加入鱗片狀石墨作為導電劑電解液：30%的KOH水溶液，其中添加10%~20%ZnO或Zn(OH)2外殼：鋼制的容器二、堿錳電池(-)Zn(汞齊化)|NaOH或KOH(30%~反應機理

正極反應，在很寬的電流范圍內(nèi)放電時：⑴MnO1.92→MnO1.7從晶格膨脹到非晶態(tài)生成物；⑵MnO1.7→MnO1.5→-MnOOH；⑶MnO1.5→MnO1.33→Mn3O4；⑷最終產(chǎn)物MnO1.0→Mn(OH)2；

反應機理正極反應，在很寬的電流范圍內(nèi)放電時：負極反應，在堿性溶液中：

Zn+4OH-→Zn(OH)42-+2e鋅以四羥基鋅絡離子的形式溶解，當四羥基鋅絡離子在溶液中達到飽和時，即變成氫氧化鋅乃至氧化鋅：Zn(OH)42-→Zn(OH)2+2OH-Zn(OH)2→ZnO+2e負極總反應：Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e負極反應，在堿性溶液中：10.5二次電池定義：可反復進行充放電的電池10.5二次電池定義：可反復進行充放電的電池一、鉛酸蓄電池鉛酸電池的歷史是以1859年法國人普蘭特的研究為開端的，當時普蘭特發(fā)現(xiàn)，當直流電通過浸在稀硫酸中的兩塊鉛板時，在兩塊鉛板上能夠重復的產(chǎn)生電動勢，他便以此為基礎(chǔ)制成了蓄電池.分類：開放式、密封式、免維護式結(jié)構(gòu)：Pb|H2SO4|PbO2,Pb

額定電壓為2.0V一、鉛酸蓄電池鉛酸電池的歷史是以1859年法國人普蘭特的研究電動三輪車專用UPS及電動摩托車用6V、12V起動用干荷電鉛酸蓄電池OA型啟動系列蓄電池電動車用鉛酸電池電動三輪車專用UPS及電動摩托車用6V、12V起動用干荷電鉛蓄電池主要由極板、隔板、電解液和外殼組成。蓄電池由3只或6只單格電池串聯(lián)而成，每只單格電池電壓約為2V，串聯(lián)成6V或12V以供汽車選用。蓄電池主要由極板、隔板、電解液和外殼組成。蓄電池由3放電時電極反應負極：Pb+SO42-→PbSO4+2e正極：PbO2+SO42-+4H++2e→PbSO4+2H2O電池反應為：Pb+2H2SO4+PbO2→2PbSO4+2H2O放電時電極反應負極：Pb+SO42-→PbSO4+2e充電時電池反應機理充電時，負極反應機理：PbSO4(固體)→PbSO4(液體)→Pb2+→Pb正極最終反應為：PbSO4+2H2O→PbO2+SO42-+4H++2e電池總反應：

2PbSO4+2H2O→Pb+2H2SO4

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