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2023/2/3
物理化學(xué)電子教案—第九章2023/2/3引言上一章我們研究的電池?zé)崃W(xué)要求電池都是可逆電池,也就是說通過電池的電流趨于零,而在實(shí)際使用化學(xué)電源或進(jìn)行電解時(shí),都有一定的電流通過,因而都是不可逆過程,研究電化學(xué)中的不可逆過程及其規(guī)律性對電化學(xué)工業(yè)是十分重要的。在本章中除了討論不可逆電極過程外,還簡要介紹一些電解在工業(yè)上的應(yīng)用以及金屬的防腐和化學(xué)電源等。2023/2/3第九章 電解與極化作用9.1分解電壓9.2極化作用9.3電解時(shí)電極上的反應(yīng)9.4金屬的電化學(xué)腐蝕與防腐9.5化學(xué)電源2023/2/39.1分解電壓電解:將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程稱為電解。使電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置稱為電解池。當(dāng)一個(gè)電池與外接電源反向?qū)訒r(shí),只要外加的電壓大于該電池的電動勢E一個(gè)無限小值時(shí),電池接受外界所提供的電能,電池反應(yīng)發(fā)生逆轉(zhuǎn),原電池就變成了電解池。使電解池能連續(xù)正常工作,所加的電壓稱為分解電壓。反電動勢與分解電壓。2023/2/39.1分解電壓反電動勢當(dāng)某電解質(zhì)溶液能連續(xù)不斷發(fā)生電解時(shí),兩電極在該狀態(tài)下所組成原電池的電動勢,由于其與外加電壓相反,故稱為反電動勢2023/2/39.1分解電壓分解電壓
使某電解質(zhì)溶液能連續(xù)不斷發(fā)生電解時(shí)所必須外加的最小電壓。在數(shù)值上大于該電解池作為可逆電池時(shí)的可逆電動勢。例如氫-氧燃料電池的可逆電動勢為1.229V,而電解水的分解電壓則大于1.229V。
2023/2/3分解電壓的測定使用Pt電極電解H2O,加入中性鹽用來導(dǎo)電,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。逐漸增加外加電壓,由安培計(jì)G和伏特計(jì)V分別測定線路中的電流強(qiáng)度I和電壓E,畫出I-E曲線。中性鹽(aq)PtPtVA分解電壓的測定2023/2/3§10-1分解電壓如右圖所示電解池將發(fā)生如下反應(yīng):(-)2H++2eH2(g)(+)H2O→2H++1/2O2+2e-
H2OH2(g)+1/2O2Na2SO4(aq)PtPtVA分解電壓的測定2023/2/3分解電壓的測定無外加電壓時(shí),兩電極處于平衡態(tài),界面上沒有氫氣和氧氣。外加一定電壓,但很小時(shí),界面上所產(chǎn)生的氫氣和氧氣濃度(壓力)很低,遠(yuǎn)低于大氣壓,無法逸出,只能擴(kuò)散到溶液本體中,維持這一外加電壓,所需電量很小,電路中電流很小。
隨著E的增大,電極表面產(chǎn)生的氫氣和氧氣濃度(壓力)增加
,只要壓力低于大氣壓,就無法逸出,只能繼續(xù)擴(kuò)散到溶液中,但濃度梯度增大,擴(kuò)散速度加快,使得電流增大。如圖中1-2段。
當(dāng)外壓增至2-3段,氫氣和氧氣的壓力等于大氣壓力,呈氣泡逸出,反電動勢達(dá)極大值Eb,max。2023/2/3分解電壓的測定再增加電壓,I迅速增加,并表現(xiàn)為一條直線。將直線外延至I=0處,得E(分解)值,這就是使電解池不斷工作所必需外加的最小電壓,稱為分解電壓。從下表可以看出,E(分解)>EIEE分解123電解過程的電流-電壓曲線2023/2/3
幾種電解質(zhì)溶液的分解電壓(T=298.15K,c=1/zmoldm-3)電解質(zhì)溶液電解產(chǎn)物E/VE分解/V
HNO3
H2+O21.231.69H2SO4
H2+O21.231.67H3PO4
H2+O21.231.70KOH
H2+O21.231.67NaOHH2+O21.231.69CuSO4Cu+O20.511.49ZnSO4Zn+O21.602.55HClH2+Cl21.371.312023/2/3分解電壓這是因?yàn)殡娊膺^程中,外加電壓除了克服作為原電池時(shí)的可逆電動勢外,還要克服由于極化在陰、陽極上產(chǎn)生的超電勢和,以及克服電池電阻所產(chǎn)生的電位降。這三者的加和就稱為分解電壓。顯然分解電壓的數(shù)值會隨著通入電流強(qiáng)度的增加而增加。為什么分解電壓要大于最大反電動勢呢?2023/2/3有電流通過電極時(shí),電極不再可逆,電極電勢出現(xiàn)偏離平衡值的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為電極的極化作用(Polarization)。采用超電勢(Overpotential)定量描述電極極化的程度,符號為。定義:ir、:不可逆充、放電時(shí)的電極電勢;
r:平衡電極電勢。
極化作用和超電勢2023/2/39.2極化作用 當(dāng)電極上無電流通過時(shí),電極處于平衡狀態(tài),這時(shí)的電極電勢分別稱為陽極平衡電勢和陰極平衡電勢。 在有電流通過時(shí),隨著電極上電流密度的增加,電極分解電勢值對平衡值的偏離也愈來愈大。2023/2/3極化的類型根據(jù)極化產(chǎn)生的不同原因,通常把極化大致分為兩類:濃差極化和電化學(xué)極化。(1)濃差極化在電解過程中,電極附近某離子濃度由于電極反應(yīng)而發(fā)生變化,本體溶液中離子擴(kuò)散的速度又趕不上彌補(bǔ)這個(gè)變化,就導(dǎo)致電極附近溶液的濃度與本體溶液間有一個(gè)濃度梯度,這種濃度差別引起的電極電勢的改變稱為濃差極化。2023/2/3濃差極化以電極Cu(s)|Cu2+(a=1)為例,作為陰極:
Cu2++2eCu
Cu2+會在陰極表面沉積,若v擴(kuò)散
<v反應(yīng),遠(yuǎn)處的Cu2+來不及擴(kuò)散到陰極附近,使陰極附近的a‘(Cu2+)
小于體相中的濃度a(Cu2+),相當(dāng)于將Cu電極插入一個(gè)濃度較小的電解質(zhì)溶液中。作為陽極:
Cu
Cu2++2e
Cu會溶入陽極附近的電解質(zhì)溶液中,若v擴(kuò)散
<v反應(yīng),會使陽極附近的Cu2+濃度a‘’(Cu2+)大于體相中的濃度,使陽極附近的a‘’(Cu2+)大于體相中的濃度a(Cu2+),相當(dāng)于將Cu電極插入一個(gè)濃度較大的電解質(zhì)溶液中。2023/2/3a′(Cu2+)<a(Cu2+)<a″(Cu2+)濃差極化2023/2/3
濃差的結(jié)果是使陽極電極電勢比可逆電極電勢更正,使陰極的電極電勢(析出電勢)比可逆電極電勢更負(fù)。這種在有限電流通過電極時(shí),因溶液中離子的擴(kuò)散速率小于反應(yīng)速率而導(dǎo)致電極表面附近離子的濃度與本體溶液不同,使電極電勢偏離可逆電極電勢的現(xiàn)象稱為濃差極化。因濃差極化所產(chǎn)生的超電勢稱為擴(kuò)散超電勢。可以采用攪拌的方法減小濃差極化,但由于電極表面擴(kuò)散層的存在,不可能將其完全除去。濃差極化2023/2/3
電化學(xué)極化是因電極界面上電子傳遞的遲緩性產(chǎn)生的。以Pt,H2(g)|H+(a=1)為例。作為陰極時(shí),當(dāng)外電源將電子供給電極后,由于電極界面上電子傳遞的遲緩性,外界輸送來的電子不能及時(shí)傳遞給H+而及時(shí)消耗,結(jié)果使陰極表面積累了多于平衡狀態(tài)的電子,電極給電子能力增強(qiáng),導(dǎo)致電極電勢比平衡電極電勢更負(fù)。類似的,作為陽極時(shí),會使陽極表面的電子數(shù)目小于平衡狀態(tài)的電子,導(dǎo)致電極電勢比平衡電極電勢更正。因電化學(xué)極化引起的超電勢稱為活化超電勢。(2)電化學(xué)極化2023/2/3(3)電阻極化
電解過程中,由于電阻的存在而分擔(dān)的電勢,稱為電阻超電勢。金屬鈍化時(shí),電極表面上會生成一層氧化物的薄膜或其它物質(zhì),電阻極化很明顯。2023/2/3超電勢(overpotential)在某一電流密度下,實(shí)際發(fā)生電解的電極電勢與平衡電極電勢之間的差值稱為超電勢。為了使超電勢都是正值,把陰極超電勢和陽極超電勢分別定義為:
陽極上由于超電勢使電極電勢變正,陰極上由于超電勢使電極電勢變負(fù)。2023/2/3超電勢的測定A電極1電極2電位差計(jì)電極3鹽橋電極1為對電極,電極2為工作(待測)電極;電極3為參比電極,通常為甘汞電極,I'=0。2023/2/3極化曲線(polarizationcurve)超電勢或電極電勢與電流密度之間的關(guān)系曲線稱為極化曲線,極化曲線的形狀和變化規(guī)律反映了電化學(xué)過程的動力學(xué)特征。(1)電解池中兩電極的極化曲線隨著電流密度的增大,兩電極上的超電勢也增大,陽極析出電勢變大,陰極析出電勢變小,使外加的電壓增加,額外消耗了電能。2023/2/3極化曲線(polarizationcurve)2023/2/3極化曲線(polarizationcurve)(2)原電池中兩電極的極化曲線原電池中,負(fù)極是陽極,正極是陰極。隨著電流密度的增加,陽極析出電勢變大,陰極析出電勢變小。由于極化,使原電池的作功能力下降。但可以利用這種極化降低金屬的電化腐蝕速度。2023/2/3極化曲線(polarizationcurve)2023/2/3氫超電勢電解質(zhì)溶液通常用水作溶劑,在電解過程中,在陰極會與金屬離子競爭還原。利用氫在電極上的超電勢,可以使比氫活潑的金屬先在陰極析出,這在電鍍工業(yè)上是很重要的。例如,只有控制溶液的pH,利用氫氣的析出有超電勢,才使得鍍Zn,Sn,Ni,Cr等工藝成為現(xiàn)實(shí)。2023/2/3氫氣在幾種電極上的超電勢金屬在電極上析出時(shí)超電勢很小,通??珊雎圆挥?jì)。而氣體,特別是氫氣和氧氣,超電勢值較大。氫氣在幾種電極上的超電勢如圖所示??梢娫谑凸炔牧仙?,超電勢很大,而在金屬Pt,特別是鍍了鉑黑的鉑電極上,超電勢很小,所以標(biāo)準(zhǔn)氫電極中的鉑電極要鍍上鉑黑。影響超電勢的因素很多,如電極材料、電極表面狀態(tài)、電流密度、溫度、電解質(zhì)的性質(zhì)、濃度及溶液中的雜質(zhì)等。2023/2/3氫氣在幾種電極上的超電勢2023/2/3Tafel
公式(Tafel’sequation)早在1905年,Tafel
發(fā)現(xiàn),對于一些常見的電極反應(yīng),氫超電勢與電流密度之間在一定范圍內(nèi)存在如下的定量關(guān)系:這就稱為Tafel
公式。式中j
是電流密度,是單位電流密度時(shí)的超電勢值,與電極材料、表面狀態(tài)、溶液組成和溫度等因素有關(guān),是超電勢值的決定因素。在常溫下一般等于 。2023/2/3Tafel
公式(Tafel’sequation)ηlnjHgCuNiPtTafel公式在電流密度較高時(shí)相對準(zhǔn)確,在電流密度較小時(shí)不能與事實(shí)相符合。事實(shí)上,電流密度趨于零時(shí),超電勢也應(yīng)趨于零,但當(dāng)Tafel公式中J0時(shí),η
-∞。這顯然是不對的。在電流密度較小時(shí)超電勢值與電流密度間的關(guān)系一般可用η=ωJ表示,ω值與金屬電極的性質(zhì)有關(guān),它與Tafel公式中的a一樣,可以表示出在指定條件下氫電極的不可逆程度。2023/2/3H+
的放電機(jī)理
H+從本體溶液擴(kuò)散到電極附近;
H+從電極附近的溶液中移到電極上;
H+在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)放電;
(a)H++M+e
Me-H或H2O+M+eMe-H+OH-
(b)H++M-H+eM+H2(4)吸附在電極上的H原子化合為H2;
M-H+M-H2M+H2
(5)H2從電極上擴(kuò)散到溶液內(nèi)或形成氣泡逸出液面。
Tafel關(guān)系式的理論解釋2023/2/3遲緩放電理論:
(3)為決速步(適用于吸附力較弱的金屬,如 Hg、Zn等大部分金屬)。復(fù)合理論:
(4)為決速步(適用于吸附力較強(qiáng)的金屬, 如Pt 等)。上述兩種理論最終都可推導(dǎo)得到Tafel關(guān)系式。2023/2/39.3電解時(shí)電極上的反應(yīng)陰極上的反應(yīng)電解時(shí)陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。發(fā)生還原的物質(zhì)通常有(1)金屬離子,(2)氫離子(中性水溶液中 )。判斷在陰極上首先析出何種物質(zhì),應(yīng)把可能發(fā)生還原物質(zhì)的電極電勢計(jì)算出來,同時(shí)考慮它的超電勢。電極電勢最正的首先在陰極析出。2023/2/39.3電解時(shí)電極上的反應(yīng)陽極上的反應(yīng)電解時(shí)陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)。發(fā)生氧化的物質(zhì)通常有:(1)陰離子,如 等,(2)陽極本身發(fā)生氧化。判斷在陽極上首先發(fā)生什么反應(yīng),應(yīng)把可能發(fā)生氧化物質(zhì)的電極電勢計(jì)算出來,同時(shí)要考慮它的超電勢。電極電勢最負(fù)的首先在陽極氧化。2023/2/3超電勢的存在使電解需要消耗更多的能量,可以通過電極表面的改性來降低超電勢從而達(dá)到節(jié)能的目的。例如:在電解NaCl時(shí),用表面涂Pt的Ti電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨電極,可節(jié)能10%。大部分金屬離子的超電勢很小,可忽略不計(jì),析出電勢等于可逆電極電勢。H+析出的超電勢較大,其析出電勢甚至小于Zn、Cd、Ni等金屬離子的析出電勢??梢岳脷涑妱葸M(jìn)行電鍍、制備金屬。金屬的析出與氫超電勢2023/2/3例:電解制備金屬Zn陰極:Zn2+|Zn和H+|H2
當(dāng)j>1000Acm-2
時(shí),η(H2/Zn)=1.06V設(shè)Zn2+和H+活度均為1,有
ir
(H+|H2)=
r-η=-1.06V<(Zn2+|Zn)∴Zn先析出Zn2++2e-→Zn
=-0.8V2H++2e-→H2
=0V2023/2/39.3電解時(shí)電極上的反應(yīng)分解電壓確定了陽極、陰極析出的物質(zhì)后,將兩者的析出電勢相減,就得到了實(shí)際分解電壓。因?yàn)殡娊獬刂嘘枠O是正極,電極電勢較高,所以用陽極析出電勢減去陰極析出電勢。電解水溶液時(shí),由于或的析出,會改變或 的濃度,計(jì)算電極電勢時(shí)應(yīng)把這個(gè)因素考慮進(jìn)去。2023/2/39.3電解時(shí)電極上的反應(yīng)金屬離子的分離如果溶液中含有多個(gè)析出電勢不同的金屬離子,可以控制外加電壓的大小,使金屬離子分步析出而達(dá)到分離的目的。為了使分離效果較好,后一種離子反應(yīng)時(shí),前一種離子的活度應(yīng)減少到原來的以下,這就要求電極電勢改變值或兩種離子的析出電勢相差值為:2023/2/3例:用Pt電極電解含CuSO4(0.1moldm-3),ZnSO4(0.1moldm-3)和H2SO4(0.1moldm-3)的混合溶液,電解時(shí)那種物質(zhì)先析出,初始電壓是多少?當(dāng)?shù)诙N金屬析出時(shí),電壓應(yīng)為多少?此時(shí)溶液中第一種金屬的殘余濃度是多少?(3)當(dāng)電壓加到多大時(shí),H2開始析出?已知H2在Cu上的超電勢為1V,在Zn上的超電勢為1.3V,在Pt上的超電勢可忽略不計(jì)。2023/2/3電極反應(yīng):Cu2++2e-→Cu=0.307VZn2++2e-→Zn
=-0.792V2H++2e-→H2
=-0.041V陰極:陽極:
H2O-2e-
→2H++?O2
=1.187V比較上述陰極反應(yīng),Cu先析出E=
+-
-=1.187V–0.307V=0.880V2023/2/3H2在Cu上的超電勢為1V,Cu2+完全析出后,cH+=0.4mol·L-1,
(H+|H2)=
r(H+|H2)-=-1.021V,當(dāng)Zn析出時(shí)
-=
Zn=-0.792VCu2+的濃度因此Zn將接著析出。2023/2/3
+=?H2O2H++?O2+2e-此時(shí)溶液中的H+
的濃度為0.4moldm-32023/2/3當(dāng)H2在Zn上析出時(shí),η=1.3V,(H2)=-1.341V陽極H+的濃度為0.6moldm-3
+=1.216VE″=2.557V2023/2/314.某溶液含有0.01mol?kg-1CdSO4、0.01mol?kg-1ZnSO4和0.5mol?kg-1H2SO4,把該溶液放在兩個(gè)Pt電極之間,在25℃,100kPa下用低電流密度進(jìn)行電解,同時(shí)均勻攪拌,假設(shè)超電勢可忽略不計(jì),且。已知25℃時(shí),。(1)何種金屬先析出?(2)第二種金屬開始析出時(shí),第一種金屬離子在溶液中的濃度為多少?
,
2023/2/3解:(1)
故Cd先在陰極上析出
2023/2/3(2)當(dāng)Zn開始析出時(shí),溶液中Cd2+濃度應(yīng)滿足:
2023/2/39.3電解時(shí)電極上的反應(yīng)陰極產(chǎn)品:電鍍、金屬提純、保護(hù)、產(chǎn)品的美化(包括金屬、塑料)和制備及有機(jī)物的還原產(chǎn)物等。陽極產(chǎn)品:鋁合金的氧化和著色、制備氧氣、雙氧水、氯氣以及有機(jī)物的氧化產(chǎn)物等。常見的電解制備有氯堿工業(yè)、由丙烯腈制乙二腈、用硝基苯制苯胺等。電解的應(yīng)用2023/2/39.4金屬的電化學(xué)腐蝕和防腐金屬腐蝕的分類:(1)化學(xué)腐蝕金屬表面與介質(zhì)如氣體或非電解質(zhì)溶液等因發(fā)生化學(xué)作用而引起的腐蝕,稱作化學(xué)腐蝕?;瘜W(xué)腐蝕作用進(jìn)行時(shí)沒有電流產(chǎn)生。如將鋅塊放入稀硫酸中,
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。ZnHCl2023/2/3(2)電化學(xué)腐蝕金屬表面在介質(zhì)如潮濕空氣、電解質(zhì)溶液等中,因形成微電池而發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕稱作電化學(xué)腐蝕。ZnPtHClelectrons2023/2/3帶有鐵鉚釘?shù)你~板若暴露在空氣中,表面會被潮濕空氣或雨水所浸潤,并溶解空氣中的 或海邊空氣中的NaCl,從而形成一層電解質(zhì)溶液,這層電解質(zhì)溶液與鐵鉚釘和銅板一起組成了原電池,其中鐵是陽極,發(fā)生氧化反應(yīng);銅是陰極,發(fā)生還原反應(yīng)。金屬的電化學(xué)腐蝕和防腐電化學(xué)腐蝕的例子:銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹?2023/2/3金屬的電化學(xué)腐蝕和防腐2023/2/3腐蝕時(shí)陽極上的反應(yīng)鐵在酸性介質(zhì)中只能氧化成二價(jià)鐵:二價(jià)鐵被空氣中的氧氣氧化成三價(jià)鐵,三價(jià)鐵在水溶液中生成 沉淀, 又可能部分失水生成 。這種由 等化合物組成的疏松的混雜物質(zhì)就是鐵銹。2023/2/3陰極上的反應(yīng)——析氫腐蝕與吸氧腐蝕(1)析氫腐蝕酸性介質(zhì)中在陰極上還原成氫氣析出。設(shè) ,則鐵陽極氧化,當(dāng) 時(shí)認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生腐蝕,這時(shí)組成原電池的電動勢為 ,是自發(fā)電池。2023/2/3腐蝕時(shí)陰極上的反應(yīng)如果既有酸性介質(zhì),又有氧氣存在,在陰極上發(fā)生消耗氧的還原反應(yīng):這時(shí)與 (-0.617V)陽極組成原電池的電動勢為 。顯然耗氧腐蝕比析氫腐蝕嚴(yán)重得多。(2)耗氧腐蝕2023/2/3金屬的可逆電極電勢;氫、氧在金屬表面的超電勢;金屬的極化性能電解質(zhì)溶液的組成影響金屬表面腐蝕的主要因素2023/2/3金屬的防腐(1)在金屬表面涂敷各種保護(hù)層
(a)非金屬保護(hù)層在金屬表面涂上油漆、搪瓷、塑料、瀝青、高分子材料等,使金屬與腐蝕介質(zhì)隔開。
(b)金屬保護(hù)層在金屬表面用電鍍或化學(xué)鍍的方法鍍上Au,Ag,Ni,Cr,Zn,Sn等金屬,保護(hù)內(nèi)層不被腐蝕。保護(hù)層可分為陽極保護(hù)層和陰極保護(hù)層。2023/2/3在原電池的體系中加緩蝕劑,改變介質(zhì)的性質(zhì),降低腐蝕速度。鈍化促進(jìn)型:鉻酸鹽,亞硝酸鹽等;(b)形成沉淀膜:聚磷酸鹽,聚硅酸鹽等;(c)形成吸附膜:有機(jī)物分子,含有能吸附于金屬表 面,電負(fù)性大的N,O,P,S的極性基, 和阻礙腐蝕 性介質(zhì)與金屬表面接觸 的非極性基(烷基)。(2)加緩蝕劑2023/2/3
1.保護(hù)器保護(hù)將電極電勢較低的金屬和被保護(hù)的金屬連接在一起,構(gòu)成原電池。電極電勢較低的金屬作為陽極而溶解,被保護(hù)的金屬作為陰極而避免腐蝕。又稱犧牲陽極保護(hù)法。
2.陰極電保護(hù)利用外加直流電,將負(fù)極接到被保護(hù)金屬上,作為陰極。正極接到一些廢金屬作陽極,使其受到腐蝕而保護(hù)了陰極。3.陽極電保護(hù)利用外加直流電,將被保護(hù)金屬接到正極上,電極電勢向正的方向移動,使金屬“鈍化”而得到保護(hù)。(3)電化學(xué)保護(hù)2023/2/3金屬的防腐(5)制成耐蝕合金在煉制金屬時(shí)加入其它組分,提高耐蝕能力。如在煉鋼時(shí)加入Mn,Cr等元素制成不銹鋼。2023/2/3金屬的鈍化活性溶解區(qū)過渡鈍化區(qū)穩(wěn)定鈍化區(qū)過鈍化區(qū)臨界鈍化電位臨界鈍化電流2023/2/39.5化學(xué)電源 化學(xué)電源性能指標(biāo)
1.電動勢與開路電壓;
2.工作電壓與電池內(nèi)阻;
3.電池容量與放電深度;
4.比能量與比功率;
5.電池壽命;2023/2/3電動勢:兩個(gè)可逆電極的平衡電極電位之差。開路電壓:外線路中沒有電流通過時(shí),電池兩極之間的電位差。電池的開路電壓一般要小于電池的電動勢,因?yàn)殡姵氐膬蓸O在電解質(zhì)溶液中所建立的電極電位,通常并非平衡電極電位,而是穩(wěn)定電極電位。只有當(dāng)電池的兩極體系均達(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),電池的開路電壓才等于電池的電動勢。穩(wěn)定電極電位:在存在雜質(zhì)的條件下,當(dāng)電極電位不再變化時(shí),,但,,因此凈反應(yīng)不為零,不是平衡電極電位,習(xí)慣上稱為穩(wěn)定電極電位。2023/2/3工作電壓:也稱為放電電壓或端電壓,是指有電流流過外線路時(shí),電池兩極之間的電位差。工作電壓小于開路電壓和電動勢。電池內(nèi)阻:電流通過電池時(shí)所受到的阻力。包含電化學(xué)極化、濃差極化和歐姆極化。由于極化與電流密度相關(guān),因此電池內(nèi)阻與放電制度相關(guān)。電池內(nèi)阻與電池測試時(shí)所處的狀態(tài)相關(guān),充電態(tài)與放電態(tài)電池的內(nèi)阻有一定的區(qū)別。2023/2/3電池容量:一定的放電條件下,可以從電池獲得的電量。單位通常為:mAh或Ah,(1F=26.8Ah)電池容量有三種:理論容量、實(shí)際容量和額定容量放電深度:電池放出的電量與額定容量之比。通常用DOD表示。如100%DOD、50%DOD。比能量:指單位重量或體積的電池所給出的能量,也叫重量比能量或體積比能量,也稱能量密度。單位:Wh/Kg或Wh/L。比能量也分為理論比能量和實(shí)際比能量。2023/2/3電池的功率:是指在一定的放電制度下,單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量,單位為瓦(W)。比功率:指單位重量或體積的電池輸出的功率,單位為W/Kg或W/L。比功率的大小,表征電池所能承受的工作電流的大小。電池壽命:在一定的放電制度下,電池容量降至某一規(guī)定值之前,電池所能耐受的循環(huán)次數(shù),稱為電池的使用周期或使用壽命。單位為次。如300次、1000次。2023/2/3(3)燃料電池又稱為連續(xù)電池,一般以天然燃料或其它可燃物質(zhì)如氫氣、甲醇、天然氣、煤氣等作為負(fù)極的反應(yīng)物質(zhì),以氧氣作為正極反應(yīng)物質(zhì)組成燃料電池。(2)二次化學(xué)電源二次電池在放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)恢復(fù)工作能力。鉛蓄電池和可充電電池都是二次電池。(1)一次化學(xué)電源電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次氧化還原反應(yīng)并放電之后,就不能再次利用,如干電池?;瘜W(xué)電源分類2023/2/3化學(xué)電源正極:常選用金屬氧化物負(fù)極:常選用較活潑金屬與活性物質(zhì)一起構(gòu)成電極的添加劑一般有:導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、緩蝕劑等。電解液:高導(dǎo)電率,化學(xué)穩(wěn)定性好、不易揮發(fā)、易于長期貯存隔膜:較高離子傳輸能力,較低電子導(dǎo)電能力,好的化學(xué)穩(wěn)定性和一定的機(jī)械強(qiáng)度。2023/2/3鋅錳電池:中性鋅錳電池:負(fù)極:正極:電池反應(yīng):2023/2/3中性鋅錳電池:2023/2/3堿性鋅錳電池:負(fù)極:正極:電池反應(yīng):2023/2/3
由于陰極反應(yīng)與陽極反應(yīng)不全是固相反應(yīng),有可溶性的Zn(OH)42-與Mn(OH)42-
,故內(nèi)阻小,放電后電壓恢復(fù)能力強(qiáng)。堿性鋅錳電池采用了高純度、高活性的正、負(fù)極材料,以及離子導(dǎo)電性強(qiáng)的堿作為電解質(zhì),使電化學(xué)反應(yīng)面積成倍增長。特點(diǎn):(1)開路電壓為1.5V;(2)工作溫度范圍寬在-20℃~60℃之間,
適于高寒地區(qū)使用;(3)大電流連續(xù)放電其容量是中性鋅錳電池
的5倍左右;(4)貯存壽命長。2023/2/3堿性鎳鎘電池:負(fù)極:正極:電池反應(yīng):特點(diǎn):自放電小,貯存壽命長,耐過充放電能力強(qiáng)。2023/2/3鎳氫電池:負(fù)極:正極:電池反應(yīng):特點(diǎn):比能量高,環(huán)保,無記憶效應(yīng),充放電循環(huán)壽命長,耐過充放電能力強(qiáng)2023/2/3鉛酸電池:負(fù)極:正極:
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