化學(xué)電源和燃料電池

化學(xué)(huàxué)電源直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?diànnéng)的裝置，俗稱電池精品資料形形色色(xíngxíngsèsè)的電池

A

CuZn

稀H2SO4KOH溶液CH4O2H2Oa極b極精品資料用途(yòngtú)廣泛的電池用于汽車(qìchē)的鉛蓄電池和燃料電池化學(xué)電源精品資料用途廣泛(guǎngfàn)的電池用于“神六”的太陽(yáng)能電池(diànchí)筆記本電腦專用電池手機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池各式各樣的紐扣電池精品資料電池的性能(xìngnéng)標(biāo)準(zhǔn)1.電動(dòng)勢(shì)高,放電時(shí)電動(dòng)勢(shì)的下降及隨時(shí)間的變化(biànhuà)小;2.質(zhì)量比容量或體積比容量高,活性物質(zhì)的利用率大;3.維護(hù)方便,儲(chǔ)存性及耐久性優(yōu)異,價(jià)格低廉.電池的容量(額定容量)在給定的放電條件下,電池放電至終止電壓所放出的電量,單位:安時(shí)(Ah).比容量單位體積的容量或單位質(zhì)量的容量精品資料電池(diànchí)的標(biāo)識(shí)電池的生產(chǎn)(shēngchǎn)廠商、型號(hào)電池的種類3.額定電壓4.額定容量精品資料化學(xué)(huàxué)電源一次電池(diànchí)二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池鋰離子電池銀鋅蓄電池普通鋅錳干電池銀鋅鈕扣電池一、化學(xué)電源的分類精品資料二、一次電池(diànchí)普通鋅錳電池鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2和H2O等1、普通(pǔtōng)干電池負(fù)極正極電池反應(yīng)：氫氧化氧錳（Zn）：Zn–2e-=Zn2+（C）：優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快2MnO2+2NH4++2e-=2MnOOH+2NH3Zn＋2MnO2+2NH4Cl

=2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2二氯化二氨合鋅精品資料2、堿性(jiǎnxìnɡ)鋅-錳電池電解質(zhì)：KOH負(fù)極：(Zn)Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正極：(C)2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-

缺點(diǎn)：多數(shù)只能(zhīnénɡ)一次使用，不能充電；價(jià)格較貴。優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電。電池反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2堿性電池

精品資料3、銀鋅鈕扣(niǔkòu)電池正極(zhèngjí)：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH－負(fù)極：Zn+2OH－-2e-=ZnO+H2O總反應(yīng)：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag精品資料三、二次電池(diànchí)1、鉛蓄電池精品資料放電過(guò)程(guòchéng)總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+SO42--2e-=PbSO4

正極(zhèngjí)：PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)負(fù)極：①放電過(guò)程鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過(guò)程。精品資料②充電(chōngdiàn)過(guò)程PbSO4+2e-=Pb+SO42-

還原(huányuán)反應(yīng)陰極：陽(yáng)極：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-

氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源正極充電過(guò)程總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4鉛蓄電池的充放電過(guò)程：Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O放電充電精品資料缺點(diǎn)(quēdiǎn)：比能量(néngliàng)低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境。優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉。其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池……精品資料2、堿性(jiǎnxìnɡ)鎳鎘電池：負(fù)極(fùjí)：正極：電池反應(yīng)：特點(diǎn)：自放電小，貯存壽命長(zhǎng)，耐過(guò)充放電能力強(qiáng)。精品資料3、鎳氫電池：負(fù)極(fùjí)：正極(zhèngjí)：電池反應(yīng)：特點(diǎn)：比能量高，環(huán)保，無(wú)記憶效應(yīng)，充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)，耐過(guò)充放電能力強(qiáng)精品資料4.鋰離子電池(diànchí)(“搖椅電池(diànchí)”)鋰離子電池(diànchí)可用下式表示：(-)Cn|LiPF6~EC+DEC|LiMO2(+)放電電極反應(yīng)：(-)LixCn=Cn+xLi++xe-(+)Li1-xMO2+xLi++xe-=LiMO2電池反應(yīng):Li1-xMO2+LixCn=LiMO2+Cn式中：M=Co、Ni、Fe、W等,DE、DEC為碳酸烷基酯類溶劑。精品資料鋰離子電池(diànchí)特點(diǎn)：?能量密度高，是鎳鎘電池的2~3倍，鎳氫電池的1~2倍?工作電壓高，是鎳鎘、鎳氫電池的3倍?體積小，比鎳氫電池小30%?質(zhì)量(zhìliàng)輕，比鎳氫電池輕50%?無(wú)記憶效應(yīng)?無(wú)環(huán)境污染?壽命長(zhǎng)精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)精品資料能源危機(jī)中東地區(qū):石油儲(chǔ)量(chǔliànɡ)最多,占56.8%；歐洲:天然氣和煤炭?jī)?chǔ)量(chǔliànɡ)最多,各占54.6%和45%亞洲、大洋洲:煤炭各占18%，石油、天然氣只有5%精品資料尋找(xúnzhǎo)新能源尋找新能源迫在眉睫?。【焚Y料現(xiàn)在(xiànzài)生活、生產(chǎn)用能后石油時(shí)代大型移動(dòng)動(dòng)力源如汽車動(dòng)力源如何解決(jiějué)？1）生物燃料如生物柴油、乙醇等2）開(kāi)發(fā)高比能量的二次電池，發(fā)展電動(dòng)車3）以氫為能量載體，用燃料電池發(fā)電即所謂氫能經(jīng)濟(jì)固定能源移動(dòng)動(dòng)力源化學(xué)能源水電、火電、核電、風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等以石油為代表的液體燃料（汽車、飛機(jī)等）電池（手機(jī)、各種小型電動(dòng)工具）精品資料氫能經(jīng)濟(jì)(jīngjì)人類社會(huì)目前正處于“碳?xì)浣?jīng)濟(jì)”時(shí)代，化石能是最主要的能源?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)(fāxiàn)，人類不斷開(kāi)發(fā)、利用新的“碳?xì)淠茉础钡臍v史實(shí)際上是一個(gè)“脫碳”的歷史。每一次能源革命的結(jié)果都是使“碳?xì)淠茉础敝刑嫉暮拷档停瑲涞暮可仙?。人類最早使用的“碳?xì)淠茉础笔悄静?，后?lái)發(fā)展到煤，又發(fā)展到石油、天然氣。木柴中碳?xì)湓觽€(gè)數(shù)比約為10:1，煤約為2:1，石油為1:2；天然氣為1:4。每一次能源的“脫碳”都會(huì)推動(dòng)人類社會(huì)的進(jìn)步和文明程度的提高。精品資料氫的優(yōu)越性氫的來(lái)源十分廣泛，水、化石燃料（如石油、煤、天然氣等）、植物和有機(jī)廢物中都含有大量的氫；氫是極好的能量載體，發(fā)熱值高，燃燒(ránshāo)時(shí)副產(chǎn)品只有水，無(wú)污染；氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)金屬氫化物的形式出現(xiàn)，能適應(yīng)運(yùn)輸、存儲(chǔ)和各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求；氫能的利用形式多樣，可通過(guò)內(nèi)燃機(jī)、渦輪機(jī)、燃料電池等裝置將氫能轉(zhuǎn)化成熱能、機(jī)械能、電能，用于交通運(yùn)輸、供暖、發(fā)電等各個(gè)方面。精品資料精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)的特點(diǎn)１、燃料電池(ránliàodiànchí)：

燃料電池的電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)化元件。工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除，于是電池就連續(xù)不斷地提供電能。2、特點(diǎn)

一種連續(xù)將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。燃料氧化劑負(fù)極正極電解質(zhì)導(dǎo)電離子精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)vs.一般電池工作原理反應(yīng)物壽命電極流道燃料電池能量轉(zhuǎn)換裝置外部無(wú)限制穩(wěn)定√一般電池能量?jī)?chǔ)存裝置內(nèi)部反應(yīng)物數(shù)量消耗×電化學(xué)裝置;將燃料之化學(xué)能直接轉(zhuǎn)電能;組成(zǔchénɡ):電極、電解質(zhì)。精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)分類燃料電池依據(jù)其電解質(zhì)的性質(zhì)而分為不同(bùtónɡ)的類型，每類燃料電池需要特殊的材料和燃料，且使用于其特殊的應(yīng)用。按電解質(zhì)劃分，燃料電池大致上可分為六類：質(zhì)子交換膜燃料電池（protonexchangemembranefuelcell--PEMFC）堿性燃料電池（alkalinefuelcell--AFC）磷酸燃料電池（phosphoricacidfuelcell--PAFC）熔融碳酸鹽燃料電池(moltencarbonatefuelcell--MCFC)固體氧化物燃料電池（solidoxidefuelcell--SOFC）甲醇燃料電池（directmethanolfuelcell，DMFC,PEMFC的一種）精品資料各類燃料電池(ránliàodiànchí)原理精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)的應(yīng)用精品資料燃料電池發(fā)展(fāzhǎn)歷史精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)電站精品資料便攜式電源(diànyuán)精品資料交通工具(jiāotōnggōngjù)精品資料軍用(jūnyòng)設(shè)備精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)的特點(diǎn)(1)高效燃料電池按電化學(xué)原理等溫地直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在理論上它的熱電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)85%-90%。但實(shí)際上，電池在工作時(shí)由于各種極化的限制，目前(mùqián)各類電池實(shí)際的能量轉(zhuǎn)化效率均在40%-60%的范圍內(nèi)。若實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，燃料的總利用率可高達(dá)80%以上。精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)的特點(diǎn)(2)環(huán)境友好當(dāng)燃料電池以富氫氣體為燃料時(shí)，富氫氣體是通過(guò)礦物燃料來(lái)制取的，由于燃料電池具有高的能量轉(zhuǎn)換效率，其二氧化碳的排放量比熱機(jī)過(guò)程減少40%以上，這對(duì)緩解地球的溫室效應(yīng)是十分重要的。由于燃料電池的燃料氣在反應(yīng)前必須脫除硫及其化合物，而且燃料電池是按電化學(xué)原理發(fā)電，不經(jīng)過(guò)熱機(jī)的燃燒(ránshāo)過(guò)程，所以它幾乎不排放氮氧化物和硫氧化物，減輕了對(duì)大氣的污染。當(dāng)燃料電池以純氫為燃料時(shí)，它的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物僅為水，從根本上消除了氮氧化物、硫氧化物及二氧化碳等的排放。精品資料燃料電池(ránliàodiànchí)的特點(diǎn)(3)安靜燃料電池按電化學(xué)原理工作，運(yùn)動(dòng)部件很少。因此它工作時(shí)安靜，噪聲很低。實(shí)驗(yàn)表明，距離40kW磷酸燃料電池電站4.6m的噪聲水平是60dB。而4.5MW和11MW的大功率磷酸燃料電池電站的噪聲水平已經(jīng)達(dá)到不高于55dB的水平。(4)可靠性高堿性燃料電池和磷酸燃料電池的運(yùn)行均證明燃料電池的運(yùn)行高度可靠，可作為各種(ɡèzhǒnɡ)應(yīng)急電源和不間斷電源使用。精品資料質(zhì)子交換(jiāohuàn)膜燃料電池（PEMFC）陽(yáng)極(yángjí)陰極H2→2H++2e-1/2O2+2H++2e-→H2O精品資料質(zhì)子交換(jiāohuàn)膜燃料電池的構(gòu)造雙極板(jíbǎn)MEA陰極+陽(yáng)極+膜單電池電解質(zhì)質(zhì)子交換膜精品資料精品資料聚合物電解質(zhì)膜電解質(zhì)膜使用(shǐyòng)的材料－－Nafion（Dupont）Nafion是由疏水材料聚四氟乙烯鏈（商品(shāngpǐn)名Teflon）形成膜的骨架，及附在Teflon端部，具有磺酸（HSO3）基團(tuán)的側(cè)鏈組成，環(huán)繞在磺酸側(cè)鏈周圍的含水區(qū)成為電解質(zhì)。精品資料膜電極(diànjí)（MEA）膜電極通常由氣體擴(kuò)散(kuòsàn)層、催化層、電解質(zhì)膜層等組成鉑微粒固定在相對(duì)較大的炭粉粒子上，催化劑一般為鉑。精品資料多孔氣體擴(kuò)散電極(diànjí)特點(diǎn)電極的性能不單單依賴于電催化劑的活性，還與電極內(nèi)各組份的配比，電極的孔分布與孔隙率，電極的導(dǎo)電特性等有關(guān)。也就是說(shuō)，電極的性能與電極的結(jié)構(gòu)和制備(zhìbèi)工藝密切相關(guān)。O2e-H2OH+精品資料多孔氣體(qìtǐ)擴(kuò)散電極的目的在燃料電池中，采用多孔氣體擴(kuò)散(kuòsàn)電極：是增加真實(shí)的電化學(xué)反應(yīng)區(qū)，提高多孔氣體擴(kuò)散(kuòsàn)電極的表觀（幾何）電流密度i；是減薄液相傳質(zhì)層厚度，提高反應(yīng)區(qū)反應(yīng)物濃度，增加i0。而提高i0最有效的方法還是提高電催化劑的活性。精品資料貴金屬電催化劑鉑是首選的低溫燃料電池電催化劑。對(duì)氫氧化，交換電流密度可高達(dá)0.1-100mA/cm2。用其作電催化劑，制備的多孔氣