化學電池
A. 原電池與化學電池的區別
化學電池分為
原電池(也稱一次電池,如碳鋅電池、鋅汞電池等)
和
蓄電池(也稱二次電池,如鉛酸電池、鋰充電電池等)。
所以,原電池是化學電池的一個小分支。
B. 化學電池的原理是什麼
化學電池
將化學能直接轉變為電能的裝置叫化學電池.
化學電池的主要部分是電解質溶液和浸在溶液中的正、負電極,使用時用導線將兩極接通就有電流產生,從而獲得電能.
化學電池放電到一定程度,電能減弱,有的經充電復原又可使用,這樣的電池叫蓄電池,如鉛蓄電池、銀鋅電池等;有的不能充電後復原,稱為原電池,如干電池、燃料電池等。
C. 化學電池的新型化學電池
這種電池用30%-50%KOH為電解液,在100°C以下工作。燃料是氫氣,氧化劑是氧氣。其電池圖示為 (―)C|H2|KOH|O2|C(+)
電池反應為 :
負極
正極
總反應
鹼性氫氧燃料電池早已於本世紀60年代就應用於美國載人宇宙飛船上,也曾用於叉車、牽引車等,但其作為民用產品的前景還評價不一。否定者認為電池所用的電解質KOH很容易與來自燃料氣或空氣中的CO2反應,生成導電性能較差的碳酸鹽。另外,雖然燃料電池所需的貴金屬催化劑載量較低,但實際壽命有限。肯定者則認為該燃料電池的材料較便宜,若使用天然氣作燃料時,它比唯一已經商業化的磷酸型燃料電池的成本還要低。 它採用磷酸為電解質,利用廉價的炭材料為骨架。它除以氫氣為燃料外,現在還有可能直接利用甲醇、天然氣、城市煤氣等低廉燃料,與鹼性氫氧燃料電池相比,最大的優點是它不需要CO2處理設備。磷酸型燃料電池已成為發展最快的,也是目前最成熟的燃料電池,它代表了燃料電池的主要發展方向。目前世界上最大容量的燃料電池發電廠是東京電能公司經營的11MW美日合作磷酸型燃料電池發電廠,該發電廠自1991年建成以來運行良好。近年來投入運行的100多個燃料電池發電系統中,90%是磷酸型的。市場上供應的磷酸型發電系統類型主要有日本富士電機公司的50KW或100KW和美國國際燃料電池公司提供的200KW。
富士電機已提供了70多座電站,現場壽命超過10萬小時。
磷酸型燃料電池目前有待解決的問題是:如何防止催化劑結塊而導致表面積收縮和催化劑活性的降低,以及如何進一步降低設備費用。
D. 化學電池原理
是利用兩個電極之間金屬性的不同,產生電勢差,從而使電子的流動,產生電流。又稱非蓄電池,是電化電池的一種,其電化反應不能逆轉,即是只能將化學能轉換為電能,簡單說就即是不能重新儲存電力,與蓄電池相對。
原電池的形成條件
原電池的工作原理原電池反應屬於放熱的氧化還原反應,但區別於一般的氧化還原反應的是,電子轉移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的,而是還原劑在負極上失電子發生氧化反應,電子通過外電路輸送到正極上,氧化劑在正極上得電子發生還原反應,從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導線中電子的定向移動構成了閉合迴路,使兩個電極反應不斷進行,發生有序的電子轉移過程,產生電流,實現化學能向電能的轉化。 從能量轉化角度看,原電池是將化學能轉化為電能的裝置;從化學反應角度看,原電池的原理是氧化還原反應中的還原劑失去的電子經導線傳遞給氧化劑,使氧化還原反應分別在兩個電極上進行。 原電池的構成條件有三個: 1.電極材料由兩種金屬活潑性不同的金屬或由金屬與其他導電的材料(非金屬或某些氧化物等)組成。 2.兩電極必須浸泡在電解質溶液中,自發的氧化還原反應。 3.兩電極之間有導線連接,形成閉合迴路。 只要具備以上三個條件就可構成原電池。而化學電源因為要求可以提供持續而穩定的電流,所以除了必須具備原電池的三個構成條件之外,還要求有自發進行的氧化還原反應。也就是說,化學電源必須是原電池,但原電池不一定都能做化學電池。 形成前提:總反應為自發的氧化還原反應 電極的構成: a.活潑性不同的金屬—鋅銅原電池,鋅作負極,銅作正極;b.金屬和非金屬(非金屬必須能導電)—鋅錳干電池,鋅作負極,石墨作正極;c.金屬與化合物—鉛蓄電池,鉛板作負極,二氧化鉛作正極;d.惰性電極—氫氧燃料電池,電極均為鉑。 電解液的選擇:電解液一般要能與負極材料發生自發的氧化還原反應。 原電池正負極判斷: 負極發生氧化反應,失去電子;正極發生還原反應,得到電子。 電子由負極流向正極,電流由正極流向負極。 溶液中,陽離子移向正極,陰離子移向負極
E. 化學電池
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高中化學選修知識點總結
第1章,化學反應與能量轉換
化學反應
化學反應
1,熱效應,化學反應的反應熱
(1)反應熱的概念:
當化學反應當熱釋放或吸收,在此溫度下反應的熱效應被稱為反應的反應熱,被稱為在一定溫度下進行,滿分。由符號Q表示。
(2)反應和吸熱反應,放熱反應的熱量的關系。
Q> 0,並且該反應是吸熱反應,Q <0,反應是放熱的。
(3)的反應熱,測定
儀器的測定反應的量熱計的熱,在該溶液的溫度的變化,可以在反應之前和之後測量,計算出的熱容量根據系統的熱反應,計算公式如下:
Q =-C(T2-T1)
其中C代表系統的熱容量,T1,T2分別表示溫度在反應前和反應後的系統。實驗室經常測定的中和反應的反應熱。
2,化學焓
(1)反應焓變
物質材料的性質具有內在的能量,你可以使用的物理量稱為「焓」的描述符號為H,以k??J·mol-1的。
的總的焓的總焓的反應產物與反應物的差異被稱為反應焓,ΔH代表。
(2)的反應焓變ΔH反應熱Q的關系。 「
壓力條件下,化學反應,如果所有的物質在反應中的能量變化被轉換成熱量,該反應的反應熱是等於的反應焓,數學表達式為:Qp的=ΔH= H(反應產物)-H(反應物)。
(3)的反應焓和吸熱反應,放熱反應之間的關系:
ΔH> 0,將反應的能量吸收是一個吸熱反應。的
ΔH<0,反應釋放的能量,是一個放熱反應。
(4)的反應焓和熱化學方程式如下:
還表示,變化中的物質發生化學反應的反應焓變出的化學方程式稱為熱化學方程式:H2(G)+ O2( G)= H2O(L);ΔH(298K)=-285.8kJ·摩爾-1
書寫熱化學方程式應注意以下幾點:
①背後的化學式表示物質的聚集狀態:固體(),液體(l)和氣體(g)中的溶液(水溶液)。的
②化學方程式書面上的背面的反應焓變ΔHΔH單元J·摩爾-1或kJ·mol-1的和ΔH表明,該反應溫度。
③熱化學方程式的??ΔH值嗎?相應的雙的兩倍系數的物質。
3,計算的反應焓變
(1)蓋斯定律
化學反應的,它是一個或幾個步驟來完成,反應焓改變這法稱為蓋斯定律。
(2)蓋斯定律計算的反應焓變。
常見的問題給出幾個熱化學方程式合並後的題目要求根據蓋斯定律,熱化學ΔH代數方程和方程ΔH熱化學方程式。
(3)根據標准摩爾生成焓,ΔfHmθ計算的反應焓變ΔH。
任何反應:AA + BB = CC + DD
ΔH=cΔfHmθ(C)+dΔfHmθ(D)] - [aΔfHmθ(A)+的bΔfHmθ(B)]
/> 2,功率轉換電解化學能源概念電解 - 的
電解(1):
直流作用上的兩個上部電極的氧化反應,電解質和還原反應過程中被稱為電解。電能轉化為化學能裝置稱為電解槽。的電極反應
(2):電解熔融氯化鈉:
陽極:電極連接到正的電源被稱為陽極,在陽極氧化反應:2Cl聯合-→Cl2的↑+電子。的
陰極:所謂的陰極電極連接到負電源,在陰極發生還原反應:Na +的+電子→的Na。
總方程式:2NaCl(融化)二鈉+ CL2↑
電解原理應用
(1)電解食鹽水制備燒鹼,氯氣和氫氣。
陽極:2Cl聯合 - →氯氣+2的e-
陰極:2H + + E-→H2↑
反應:2NaCl +2 H2O2NaOH + H2↑+ CL2↑
>(2)銅的電解精煉。
吸塑(含有鋅,鎳,鐵,銀,金,鉑)作為陽極,精煉銅作為陰極,硫酸銅溶液作為電解質溶液。
陽極反應:銅→中Cu2 + +2 E-,也會發生一些副反應
鋅→對Zn2 + +2 E-;鎳→鎳+ +2 E的Fe2 + 2 -
的Fe→E-
金,銀,鉑,等不反應形式,陽極泥沉積在電解槽的底部。
陰極反應:Cu2 +的+2 E-→銅
(3)電鍍:
鐵,銅,塗層的陰極塗層的金屬銅金屬鐵陽極,CuSO4溶液作為電解液。
陽極反應:Cu→對Cu2 + +2 E-
陰極反應:對Cu2 + +2 E-→銅
3,將化學能轉化為電能 - 電池 BR />
1原電池的工作原理
(1)原電池的概念:
化學能轉化為電能的裝置稱為原電池。
(2)的Cu-Zn原電池工程:
至於在Cu-Zn的一次電池,其中鋅陽極,銅陰極,以形成一個封閉的循環。這種現象是:鋅片逐漸溶解,生成檢流計指針偏轉的銅晶元的泡沫。的原電池反應的原則是:鋅失去電子,負電極的反應是:鋅→對Zn2 + 2電子的Cu電子,陰極反應:2H + +2電子→H2。電子定向運動形成電流。總反應是:Zn的+硫酸銅=硫酸鋅+銅
(3)的原電池電源
兩個金屬電極,活性金屬的陽極,陰極惰性金屬的金屬和非金屬電極,金屬陽極,非金屬陰極。
化學電源
(1)鋅 - 錳干電池
消極的反應:鋅→對Zn2 + +2 E-
陰極反應:2NH4 + + 2 E-→2NH3 + H2;
(2)鉛蓄電池
消極的反應:鉛+ SO42-硫酸鉛+2 E-
積極的反應:二氧化鉛+4 H + + SO42-+ 2 E-硫酸鉛+2 H2O
放電總反應:鉛+摻雜PbO2 +2 H2SO4 = 2PbSO4 +2 H2O。
充電反應:2PbSO4 +2 H2O = PB +摻雜PbO2 +2 H2SO4。
(3)氫燃料電池
消極的反應:2H2 +4 OH-→4H2O +4 E-
陰極反應:O2 +2 H2O +4 E-→4OH-
>電池反應:2H2 + O2 = 2H2O
3,金屬腐蝕與防護
(1)金屬腐蝕
金屬表面與周圍的物質發生化學反應或電化學作用和銷毀過程稱為金屬腐蝕。
(2)金屬的電化學腐蝕的原則。
生鐵含碳在下雨的情況下,形成原電池,鐵負極反應:鐵→中Fe2 + +2電子郵件。水膜中的溶解的氧減少,對於陽性反應:O2 +2 H2O +4 E-→4OH - ,該蝕刻「氧腐蝕」,整體的反應:2FE + O 2 +2 H 2 O = 2FE(OH)2的Fe(OH)2還聲稱被氧化:4FE(OH)2 +2 H2O + O2 = 4FE(OH)3,Fe(OH)的3分解成鐵銹。在環境中的酸度較高,陰極反應:2H + +2電子→H2↑,被稱為「析氫腐蝕的腐蝕。
(3)在乾燥的環境中,金屬保護金屬或刷塗料膜供水破壞原電池的形成條件,從而達到保護的金屬;,陶瓷,瀝青,塑料和電鍍的金屬的耐腐蝕性的金屬表面上的保護層的層,也可以充分利用了原電池原理,利用犧牲陽極保護法「,也可以利用電解原理,外加電流陰極保護法。
F. 常用化學電池
原電池
開放分類: 化學、物理、電源、電化學
將化學能轉變成電能的裝置。所以,根據定義,普通的干電池、燃料電池都可以稱為原電池。組成原電池的基本條件是:將兩種活潑性不同的金屬(或石墨)用導線連接後插入電解質溶液中。電流的產生是由於氧化反應和還原反應分別在兩個電極上進行的結果。原電池中,較活潑的金屬做負極(又稱陽極),較不活潑的金屬做正極(又稱陰極)。負極本身易失電子發生氧化反應,電子沿導線流向正極,正極上一般為電解質溶液中的陽離子得電子發生還原反應。在原電池中,外電路為電子導電,電解質溶液中為離子導電。
原電池primary battery 一種將活性物質中化學能通過氧化還原反應直接轉換成電能輸出的裝置。又稱化學電池。由於各種型號的原電池氧化還原反應的可逆性很差,放完電後,不能重復使用,故又稱一次電池。它通常由正電極、負電極、電解質、隔離物和殼體構成,可製成各種形狀和不同尺寸,使用方便。廣泛用於工農業、國防工業和通信、照明、醫療等部門,並成為日常生活中收音機、錄音機、照相機、計算器、電子表、玩具、助聽器等常用電器的電源。原電池一般按負極活性物質(如鋅、鎘、鎂、鋰等)和正極活性物質(如錳、汞、二氧化硫、氟化碳等)分為鋅錳電池、鋅空氣電池、鋅銀電池、鋅汞電池、鎂錳電池、鋰氟化碳電池、鋰二氧化硫電池等。鋅錳電池產量最大,常按電解質分為氯化銨型和氯化鋅型,並按其隔離層分為糊式電池和低極電池。以氫氧化鉀為電解質的鋅錳電池,由於其負極(鋅)的構造與其他鋅錳電池不同而習慣上另作一類,稱為鹼性鋅錳電池,簡稱鹼錳電池,俗稱鹼性電池。
原電池是一類使化學能直接轉換成電能的換能裝置。原電池連續放電或間歇放電後不能以反向電流充電的方法使兩電極的活性物質回復到初始狀態,即電極活性物質只能利用一次。故亦稱一次性電池。
常用原電池有鋅-錳干電池、鋅-汞電池、鋅-銀扣式電池及鋰電池等。
1 鋅-錳干電池:鋅-錳電池具有原材料來源豐富、工藝簡單,價格便宜、使用方便等優點,成為人們使用最多、最廣泛的電池品種。鋅-錳電池以鋅為負極,以二氧化錳為正極。按照基本結構,鋅-錳電池可製成圓筒形、扣式和扁形,扁形電池不能單個使用,可組合疊層電池(組)。按照所用電解液的差別將鋅-錳電池分為三個類型:
(1)銨型鋅-錳電池:電解質以氯化銨為主,含少量氯化鋅。
電池符號:(-)Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2(+)
總電池反應: Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
(2) 鋅型鋅-錳電池:又稱高功率鋅-錳電池,電解質為氯化鋅,具有防漏性能好,能大功率放電及能量密度較高等優點,是鋅-錳電池的第二代產品,20世紀70年代初首先由德國推出。與銨型電池相比鋅型電池長時間放電不產生水,因此電池不易漏液。
電池符號:(-)Zn│ZnCl2│MnO2(+)
總電池反應(長時間放電):
Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4
(3) 鹼性鋅-錳電池:這是鋅-錳電池的第三代產品,具有大功率放電性能好、能量密度高和低溫性能好等優點。
電池符號:(-)Zn│KOH│MnO2(+)
總電池反應: Zn+2H2O+2MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2
鋅-錳電池額定開路電壓為1.5V,實際開路電壓1.5-1.8V ,其工作電壓與放電負荷有關,負荷越重或放電電阻越小,閉路電壓越低。用於手電筒照明時,典型終止電壓為0.9V,某些收音機允許電壓降至0.75V。
2.鋰原電池:又稱鋰電池,是以金屬鋰為負極的電池總稱。鋰的電極電勢最負相對分子質量最小,導電性良好,可製成一系列貯存壽命長,工作溫度范圍寬的高能電池。根據電解液和正極物質的物理狀態,鋰電池有三種不同的類型,即:固體正極—有機電解質電池、液體正極—液體電解質電池、固體正極—固體電解質電池。Li—(CF)n的開路電壓為3.3V,比能量為480W·h·L-1,工作溫度在-55~70℃間,在20℃下可貯存10年之久!它們都是近年來研製的新產品,目前主要用於軍事、空間技術等特殊領域,在心臟起搏器等微、小功率場合也有應用。
G. 化學電池和原電池的區別
化學電池,是指通過電化學反應,把正極、負極活性物質的化學能,轉化為電能的一類裝置。主要部分是電解質溶液、浸在溶液中的正、負電極和連接電極的導線。
依據其能否充電復原,分為原電池和蓄電池兩種。
化學電池按工作性質可分為:一次電池(原電池);二次電池(可充電電池);鉛酸蓄電池。
原電池是化學電源的一種,化學電源是大概念,對應物理電源
H. 什麼叫化學電池
化學電池 網路名片
化學電池將化學能直接轉變為電能的裝置。主要部分是電解質溶液、浸在溶液中的正、負電極和連接電極的導線。依據能否充 電復原,分為原電池和蓄電池兩種
目錄[隱藏]
化學電池的種類1.鋅錳電池
2.鹼性鋅錳電池
3.鉛酸蓄電池
4.鋅銀電池
5.鎘鎳電池和氫鎳以及金屬氫化物鎳電池
6.鋰電池
7.鋰離子電池
8.氫氧燃料電池
9.熔融鹽燃料電池
10.海水電池
新型化學電池(1)鹼性氫氧燃料電池
(2) 磷酸型燃料電池
化學電源的重大意義化學電池的種類 1.鋅錳電池
2.鹼性鋅錳電池
3.鉛酸蓄電池
4.鋅銀電池
5.鎘鎳電池和氫鎳以及金屬氫化物鎳電池
6.鋰電池
7.鋰離子電池
8.氫氧燃料電池
9.熔融鹽燃料電池
10.海水電池
新型化學電池 (1)鹼性氫氧燃料電池
(2) 磷酸型燃料電池
化學電源的重大意義
[編輯本段]化學電池的種類
化學電池按工作性質可分為:一次電池(原電池);二次電池(可充電電池);鉛酸蓄電池。其中:一次電池可分為:糊式鋅錳電池、紙板鋅錳電池、鹼性鋅錳電池、扣式鋅銀電池、扣式鋰錳電池、扣式鋅錳電池、鋅空氣電池、一次鋰錳電池等。二次電池可分為:鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池、二次鹼性鋅錳電池等。鉛酸蓄電池可分為:開口式鉛酸蓄電池、全密閉鉛酸蓄電池。
1.鋅錳電池
鋅二氧化錳電池(簡稱鋅錳電池) 又稱勒蘭社(Leclanche)電池,是法國科學家勒蘭社(Leclanche,1839-1882)於1868年發明的由鋅(Zn)作負極,二氧化錳(MnO2)為正極,電解質溶液採用中性氯化銨(NH4Cl)、氯化鋅(ZnCl2)的水溶液,面澱粉或漿層紙作隔離層製成的電池稱鋅錳電池,由於其電解質溶液通常製成凝膠狀或被吸附在其它載體上而呈現不流動狀態,故又稱鋅錳干電池。按使用隔離層區分為糊式和板式電池兩種,板式又按電解質液不同分銨型和鋅型電池紙板電池兩種。 干電池用鋅制筒形外殼作負極,位於中央的頂蓋上有銅帽的石墨棒作正極,在石墨棒的周圍由內向外依次是A:二氧化錳粉末(黑色)------用於吸收在正極上生成的氫氣(以防止產生極化現象);B:用飽和了氯化銨和氯化鋅的澱粉糊作為電解質溶液。 電極反應式為:負極(鋅筒):Zn +– 2e === Zn(NH3)2Cl2↙+2H+ 正極(石墨):2NH4+ === 2NH3 ↑+ H2↑ H2O + 2MnO2 + 2e === 2MnOOH+ 2OH- 總反應:Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 === Zn(NH3)2Cl2↙+2MnOOH 干電池的電壓大約為1.5V,不能充電再生。
2.鹼性鋅錳電池
20世紀中期在鋅錳電池基礎上發展起來的,是鋅錳電池的改進型。電池使用氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)的水溶液做電解質液,採用了與鋅錳電池相反的負極結構,負極在內為膏狀膠體,用銅釘做集流體,正極在外,活性物質和導電材料壓成環狀與電池外殼連接,正、負極用專用隔膜隔開製成的電池。
3.鉛酸蓄電池
1859年法國普蘭特(Plante)發現,由正極板、負極板、電解液、隔板、容器(電池槽)等5個基本部分組成。用二氧化鉛作正極活性物質,鉛作負極活性物質,硫酸作電解液,微孔橡膠、燒結式聚氯乙烯、玻璃纖維、聚丙烯等作隔板製成的電池。 鉛蓄電池可放電也可以充電,一般用硬橡膠或透明塑料製成長方形外殼(防止酸液的泄漏);設有多層電極板,其中正極板上有一層棕褐色的二氧化鉛,負極是海綿狀的金屬鉛,正負電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板隔開(以防止電極之間發生短路);兩極均浸入到硫酸溶液中。放電時為原電池,其電極反應為: 負極:Pb + SO42-- 2e === PbSO4 正極:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e === PbSO4 + 2H2O 總反應式為:Pb + PbO2 + 2H2SO4 ====== 2PbSO4 + 2H2O 當放電進行時,硫酸溶液的的濃度將不斷降低,當溶液的密度降到1.18g/ml 時應停止使用進行充電,充電時為電解池,其電極反應如下: 陽極:PbSO4 + 2H2O- 2e === PbO2 + 4H+ + SO42- 陰極:PbSO4 + 2e === Pb + SO42- 總反應式為:2PbSO4 + 2H2O ====== Pb + PbO2 + 2H2SO4 當溶液的密度升到1.28g/ml時,應停止充電。 上述過程的總反應式為: 放電 Pb + PbO2 + 2H2SO4 ====== 2PbSO4 + 2H2O 充電
4.鋅銀電池
一般用不銹鋼製成小圓盒形,圓盒由正極殼和負極殼組成,形似紐扣(俗稱紐扣電池)。盒內正極殼一端填充由氧化銀和石墨組成的正極活性材料,負極蓋一端填充鋅汞合金組成的負極活性材料,電解質溶液為KOH濃溶液。電極反應式如下: 負極:Zn + 2OH- -2e=== ZnO + H2O 正極:Ag2O + H2O + 2e === 2Ag + 2OH- 電池的總反應式為:Ag2O + Zn ====== 2Ag + ZnO 電池的電壓一般為1.59V,使用壽命較長。
5.鎘鎳電池和氫鎳以及金屬氫化物鎳電池
二者均採用氧化鎳或氫氧化鎳作正極,以氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液作電解質溶液,金屬鎘或金屬氫化物作負極。金屬氫化物電池為20世紀80年代末,利用吸氫合金和釋放氫反應的電化學可逆性發明製成,是小型二次電池主導產品。
6.鋰電池
鋰電池是一類以金屬鋰或含鋰物質作為負極材料的化學電源的總稱通稱鋰電池,分為一次鋰電池和二次鋰電池。
7.鋰離子電池
指能使鋰離子嵌入和脫嵌的碳材料代替純鋰作負極,鋰的化合物作正極,混合電解液作電解質液製成的電池。鋰離子電池是1990年有日本索尼公司研製出並首先實現產品化。國內外已商品化的鋰離子電池正極是LiCoO2,負極是層狀石墨,電池的電化學表達式為(—) C6▏1mol/L LiPF6-EC+DEC▏LiCoO2(+)
8.氫氧燃料電池
這是一種高效、低污染的新型電池,主要用於航天領域。其電極材料一般為活化電極,具有很強的催化活性,如鉑電極、活性碳電極等。電解質溶液一般為40%的KOH溶液。電極反應式如下: 負極:2H2 + 4OH- -4e=== 4H2O 正極:O2 + 2H2O + 4e=== 4OH- 總反應式:2H2 + O2 === 2H2O
9.熔融鹽燃料電池
這是一種具有極高發電效率的大功率化學電池,在加拿大等少數發達國家己接近民用工業化水平。按其所用燃料或熔融鹽的不同,有多個不同的品種,如天然氣、CO、---熔融碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等,一般要在一定的高溫下(確保鹽處於熔化狀態)才能工作。 下面以CO---Li2CO3 + Na2CO3---空氣與CO2型電池為例加以說明: 負極反應式:2CO + 2CO32--4e === 4CO2 正極反應式:O2 + 2CO2 + 4e=== 2CO32- 總反應式為:2CO + O2 === 2CO2 該電池的工作溫度一般為6500C
10.海水電池
1991年,我國科學家首創以鋁---空氣---海水為材料組成的新型電池,用作航海標志燈。該電池以取之不盡的海水為電解質,靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產生電流。其電極反應式如下: 負極:4Al – 12e === 4Al3+ 正極:3O2 + 6H2O + 12e === 12OH- 總反應式為:4Al + 3O2 + 6H2O === 4Al(OH)3 這種電池的能量比普通干電池高20---50倍!
[編輯本段]新型化學電池
(1)鹼性氫氧燃料電池
這種電池用30%-50%KOH為電解液,在100°C以下工作。燃料是氫氣,氧化劑是氧氣。其電池圖示為 (―)C|H2|KOH|O2|C(+) 電池反應為 負極 2H2 + 4OH―4e=4H2O 正極 O2 + 2H2O + 4e=4OH 總反應 2H2 + O2=2H2O 鹼性氫氧燃料電池早已於本世紀60年代就應用於美國載人宇宙飛船上,也曾用於叉車、牽引車等,但其作為民用產品的前景還評價不一。否定者認為電池所用的電解質KOH很容易與來自燃料氣或空氣中的CO2反應,生成導電性能較差的碳酸鹽。另外,雖然燃料電池所需的貴金屬催化劑載量較低,但實際壽命有限。肯定者則認為該燃料電池的材料較便宜,若使用天然氣作燃料時,它比唯一已經商業化的磷酸型燃料電池的成本還要低。
(2) 磷酸型燃料電池
它採用磷酸為電解質,利用廉價的炭材料為骨架。它除以氫氣為燃料外,現在還有可能直接利用甲醇、天然氣、城市煤氣等低廉燃料,與鹼性氫氧燃料電池相比,最大的優點是它不需要CO2處理設備。磷酸型燃料電池已成為發展最快的,也是目前最成熟的燃料電池,它代表了燃料電池的主要發展方向。目前世界上最大容量的燃料電池發電廠是東京電能公司經營的11MW美日合作磷酸型燃料電池發電廠,該發電廠自1991年建成以來運行良好。近年來投入運行的100多個燃料電池發電系統中,90%是磷酸型的。市場上供應的磷酸型發電系統類型主要有日本富士電機公司的50KW或100KW和美國國際燃料電池公司提供的200KW。 富士電機已提供了70多座電站,現場壽命超過10萬小時。 磷酸型燃料電池目前有待解決的問題是:如何防止催化劑結塊而導致表面積收縮和催化劑活性的降低,以及如何進一步降低設備費用。
[編輯本段]化學電源的重大意義
化學能轉換為電能的原理的發現和各式各樣電池裝置的發明,是貯能和供能技術的巨大進步,是化學對人類的一項重大貢獻,極大地推進了現代化的進程,改變了人們的生活方式,提高了人們的生活質量
I. 為什麼說電池含化學能
在化學電池中,化學能直接轉變為電能是靠電池內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果,這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質由電位較負並在電解質中穩定的還原劑組成,如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質由電位較正並在電解質中穩定的氧化劑組成,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。電解質則是具有良好離子導電性的材料,如酸、鹼、鹽的水溶液,有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質等。當外電路斷開時,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能並不轉換為電能。當外電路閉合時,在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內部,由於電解質中不存在自由電子,電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質界面的氧化或還原反應,以及反應物和反應產物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此,電池內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時,電池內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反;電極反應必須是可逆的,才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此,電極反應可逆是構成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應自由能增量(焦);F為法拉第常數=96500庫=26.8安·小時;n為電池反應的當量數。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關系式,也是計算電池能量轉換效率的基本熱力學方程式。實際上,當電流流過電極時,電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢,這種現象稱為極化。電流密度(單位電極面積上通過的電流)越大,極化越嚴重。極化現象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三:①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化;②由電極-電解質界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化;③由電極-電解質界面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。