第二节 化学电源

改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。第一代燃 料电池的 大致情况如下：
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氢氧燃料电池
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新型燃料电池
燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部 贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输 入，同时将电极反应产物不断排出电池
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燃料电池
（-）Ni（多孔） KOH（溶液） NiO2 (+） 优点：能量转化率高，可持续使用， 对环境友好 用途：宇宙飞船，应用前景广阔 负极 : 2H2+4OH-－4e-＝4H2O 正极 : O2+2H2O＋4e-＝4OH总反应方程式 ： 2H2＋O2＝2H2O
第四章
电化学基础
第二节 化学电源
印江民族中学：吴智勇
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2013年6月5日星期三
碱性锌锰电池、锌银电池、铅 ［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知 蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、 道电池的其它应用吗？ 锂离子电池等。 化学电池
能将化学能转换成电能的装置
广泛应用于通讯、交通、文化、 办公及家用电子产品。高科技、 军事、生产行业也有特殊应用。
优点：电压高、稳定，低污染。
用途：手表、相机、心率调节器
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3、锂电池
锂电池：（-）Li（S） LiI（晶片） I2(+） 锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 2-+2S 3SOCl2+8e-=6Cl-+SO3。 负极： 8Li-8e-=8Li+ ；正极：
正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH2013-6-5
3、镉镍电池
负极材料：Cd；
正极材料：涂有NiO2，
电解质：KOH溶液。
反应式如下：
NiO22+ Cd(OH)2
写出电极反应式。
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特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
镍—镉可充电电池可发生如下反应：
Pt电极
O2
KOH
氢氧燃料电池模拟
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若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应 将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电 极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池， 由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作 燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入 负极 甲烷的一极为____，这一极的电极反应为 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O ___________________；通入氧气的一极为 正极 _______，电极反应为
4)电池优劣的判断标准:
①比能量 ［符号(W· h/kg)，(W· h/L)］ 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 ②比功率 [符号是W/kg，W/L)] 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 2013-6-5 ③电池的储存时间的长短
知识点2：各类电池
锂电池
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叠层电池
各 类 电 池
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知识点1：化学电池
能将化学能变成电能的装置 ①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 2)分类: ②二次电池又称充电电池——蓄电池 ③燃料电池 1)概念: 3)优点:
①能量转换效率高，供能稳定可靠。 ②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池 和电池组，使用方便。 ③易维护，可在各种环境下工作。
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用途广泛的电池
用于“神六”的太阳能电池
笔记本电脑专用电池 手机专用电池
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摄 像 机 专 用 电 池
池各 式 各 样 的 纽 扣 电
绿色电池种种
迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入 使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有 相同的工作电压(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合金储 氢材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成为一 种绿色环保电池。 锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧 化物作 正极和有机电解质构成，其工作电压为36伏，因此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充电碱锰电 池是在碱性锌锰原电池基础上发展起 来的，由于应用了无汞化 的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流放电特性，而 且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利用P—N结的光电 效应，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户需要。这种发电 具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单可靠、减少维护、 建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
充电 放电
Cd+2NiO(OH)+2H2O
由此可知，该电池的负极材料是 （ A ）
A. Cd
B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2
电极反应：
负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH2013-6-5
用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度 2013-6-5 宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。
二、二次电池
铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电 池……
1.铅蓄电池
1)正负极材料
正极：PbO2 负极：Pb 电解质：H2SO4溶液
2)工作机制
铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应 分为放电和充电两个过程
写出电极反应式。
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银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充 电和放电过程可以表示为：
2Ag+Zn(OH)2
充电
放电
Ag2O+Zn+H2O
此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ） D A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
电极反应： 负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
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①充电过程
接电源负极 阴极：PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42-
还原反应
接电源正极 阳极： 2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ 氧化反应 + SO42充电过程总反应： 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4
(三)燃料电池
大有发展前景的燃料电池
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料 与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学 能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池 的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。 这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池 的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近 零；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、
铅蓄电池的充放电过程： Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4
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放电
充电
2PbSO4(s)+2H2O(l)
3)优缺点简析
缺点： 比能量低、笨重、废弃电池污染环境 优点： 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、 价格低廉
其它二次电池
镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离 子蓄电池……
缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液
改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
二氧化锰的用途
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2、迷你型电池
HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S） Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）
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2、银锌蓄电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。
1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。
1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。
正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金， 电解质溶液KOH。反应式为： 充电 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 放电
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①放电过程 负极：Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s) 正极：
PbO2(s) + 4H++SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +2H2O
氧化反应
还原反应
放电过程总反应：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3+H2O
请写出各电极的电极反应。
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练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应 方程式。
负极———————————————— + 正极————————————————
Zn-2e-=Zn2+
2NH4 +2e =2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
负 极 正 极 负 极
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O
O2 + 4e-= 2O2－
2H2 - 4e- = 4H+
正 极