化学电源和燃料电池
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化学电源和燃料电池
2、碱性镍镉电池：
)CdKO HNiO O H(
负极： C d 2 O H 2 e Z n (O H )2 正极： N iO O H H 2 O e N i( O H ) 2 O H 电池反应：
C d 2 N i O O H 2 H 2 O C d ( O H ) 2 N i ( O H ) 2 特点：自放电小，贮存寿命长，耐过充放电能力强。
特点：比能量高，环保，无记忆效应，充放电循环 寿命长，耐过充放电能力强
化学电源和燃料电池
4.锂离子电池(“摇椅电池”)
锂离子电池可用下式表示： (-)Cn|LiPF6 ~ EC+DEC |LiMO2(+)
放电电极反应： (-) LixCn = Cn + xLi++xe-
(+) Li1-xMO2+ xLi+ +xe-=LiMO2
充电过程总反应：
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 铅蓄电池的充放电过程：
Pb+PbO2+2H2SO4
放电 充电
2PbSO4+2H2O
化学电源和燃料电池
优点： 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、 价格低廉。 缺点： 比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
➢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……
优点：制作简单、价格便宜化学。电源缺和燃点料：电池放电时间短，电压下降快
2、碱性锌-锰电池
碱性电池
电解质：KOH
负极：(Zn)
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
正极：(C)
2MnO2+ 2H2O+ 2e- = 2MnOOH+2OH-
电池反应：
Zn+ 2MnO2+ 2H2O = 2MnOOH+ Zn(OH)2 优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电。
化学电源和燃料电池
现在生活、生产用能
固定能源
水电、火电、核电、风能发
电、太阳能发电等
燃
移动动力源 以石油为代表的液体燃料（汽车、飞
料
机等）
电
化学能源
电池（手机、各种小型电动工具）
池 后石油时代大型移动动力源如汽车动力源如何解决？
1）生物燃料如生物柴油、乙醇等
2）开发高比能量的二次电池，发展电动车
3）以氢为能量载体，用燃料电池发电即所谓氢能经济
化学电源和燃料电池
扣各 电式 池各
样 的 纽
电池的性能标准
1.电动势高,放电时电动势的下降及随时间的变化小; 2.质量比容量或体积比容量高,活性物质的利用率大; 3.维护方便,储存性及耐久性优异,价格低廉.
电池的容量(额定容量) 在给定的放电条件下,电池放电至终止电压所放出的电量, 单位:安时(Ah).
化学电源和燃料电池
3、镍氢电池：
)M H xK O HN iO O H (
负极： M H x x O H x e M x H 2 O 正极： N iO O H H 2 O e N i( O H ) 2 O H
电池反应： M H x x N iO O H M x N i( O H ) 2
化学电源和燃料电池
氢能经济
➢ 人类社会目前正处于“碳氢经济”时代，化石能是最
主要的能源。
燃 ➢ 科学家研究发现，人类不断开发、利用新的“碳氢能
料 源”的历史实际上是一个“脱碳”的历史。每一次能
电
源革命的结果都是使“碳氢能源”中碳的含量降低，
比容量 单位体积的容量或单位质量的容量
化学电源和燃料电池
电池的标识
1. 电池的生产厂商、型号 2. 电池的种类
3. 额定电压
4. 额定容量
化学电源和燃料电池
一、化学电源的分类 普通锌锰干电池
一次电池 碱性锌锰电池
化学电源 二次电池
银锌钮扣电池 铅蓄电池
银锌蓄电池
锂离子电池
燃料电池 氢氧燃料电池
化学电源和燃料电池
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。
化学电源和燃料电池
3、银锌钮扣电池
负极：Zn +2OH－-2e- = ZnO+H2O 正极：Ag2O + H2O+ 2e- = 2Ag+2OH－
总反应：
Zn+
Ag2O
=
ZnO+ 2Ag 化学电源和燃料电池
三、二次电池
1、铅蓄电池
化学电源和燃料电池
①放电过程 负极：Pb + SO42- -2e- =PbSO4 氧化反应 正极：PbO2 + 4H++SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O
二、一次电池
1、普通干电池
普通锌锰电池
Hale Waihona Puke Baidu
锌筒
石墨棒
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
MnO2和C
负极（Zn）：Zn – 2e- = Zn2+ 正极 （C）：
普通锌-锰干电池的结构
2MnO2+2NH4++2e- =2MnOOH+2NH3
氢氧化氧锰
电池反应：
二氯化二氨合锌
Zn＋2MnO2+2NH4Cl =2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2
化学电源和燃料电池
燃料电池
化学电源和燃料电池
能源危机
➢ 中东地区: 石油储量最多, 占56.8%； ➢ 欧洲: 天然气和煤炭储量最多, 各占54.6%和45%
燃 ➢ 亚洲、大洋洲: 煤炭各占18%，石油、天然气只有5% 料 电 池
化学电源和燃料电池
寻找新能源
燃 料 电 池
寻找新能源 迫在眉睫！！
电池反应: Li1-xMO2+ LixCn = LiMO2+ Cn
式中：M=Co、Ni、Fe、W等,DE、DEC为碳酸烷基酯
类溶剂。
化学电源和燃料电池
锂离子电池特点：
•能量密度高，是镍镉电池的2~3倍，镍氢电池 的1~2倍 •工作电压高，是镍镉、镍氢电池的3倍 •体积小，比镍氢电池小30% •质量轻，比镍氢电池轻50% •无记忆效应 •无环境污染 •寿命长
直接把化学能转变为电能的装置，俗称电池
化学电源和燃料电池
形形色色的电池
A
a极 b极
Cu
Zn
稀H2SO4
H2O
CH4
O2
KOH溶液
化学电源和燃料电池
用途广泛的电池
用于汽车的铅蓄电池和燃料电池
化学电源和燃料电池
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
电摄 池像
机 专 用
还原反应 放电过程总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。
化学电源和燃料电池
②充电过程 接电源负极
阴极：PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 还原反应
阳极：
接电源正极
PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H++ SO42- 氧化反应
2、碱性镍镉电池：
)CdKO HNiO O H(
负极： C d 2 O H 2 e Z n (O H )2 正极： N iO O H H 2 O e N i( O H ) 2 O H 电池反应：
C d 2 N i O O H 2 H 2 O C d ( O H ) 2 N i ( O H ) 2 特点：自放电小，贮存寿命长，耐过充放电能力强。
特点：比能量高，环保，无记忆效应，充放电循环 寿命长，耐过充放电能力强
化学电源和燃料电池
4.锂离子电池(“摇椅电池”)
锂离子电池可用下式表示： (-)Cn|LiPF6 ~ EC+DEC |LiMO2(+)
放电电极反应： (-) LixCn = Cn + xLi++xe-
(+) Li1-xMO2+ xLi+ +xe-=LiMO2
充电过程总反应：
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 铅蓄电池的充放电过程：
Pb+PbO2+2H2SO4
放电 充电
2PbSO4+2H2O
化学电源和燃料电池
优点： 可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、 价格低廉。 缺点： 比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
➢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……
优点：制作简单、价格便宜化学。电源缺和燃点料：电池放电时间短，电压下降快
2、碱性锌-锰电池
碱性电池
电解质：KOH
负极：(Zn)
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
正极：(C)
2MnO2+ 2H2O+ 2e- = 2MnOOH+2OH-
电池反应：
Zn+ 2MnO2+ 2H2O = 2MnOOH+ Zn(OH)2 优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电。
化学电源和燃料电池
现在生活、生产用能
固定能源
水电、火电、核电、风能发
电、太阳能发电等
燃
移动动力源 以石油为代表的液体燃料（汽车、飞
料
机等）
电
化学能源
电池（手机、各种小型电动工具）
池 后石油时代大型移动动力源如汽车动力源如何解决？
1）生物燃料如生物柴油、乙醇等
2）开发高比能量的二次电池，发展电动车
3）以氢为能量载体，用燃料电池发电即所谓氢能经济
化学电源和燃料电池
扣各 电式 池各
样 的 纽
电池的性能标准
1.电动势高,放电时电动势的下降及随时间的变化小; 2.质量比容量或体积比容量高,活性物质的利用率大; 3.维护方便,储存性及耐久性优异,价格低廉.
电池的容量(额定容量) 在给定的放电条件下,电池放电至终止电压所放出的电量, 单位:安时(Ah).
化学电源和燃料电池
3、镍氢电池：
)M H xK O HN iO O H (
负极： M H x x O H x e M x H 2 O 正极： N iO O H H 2 O e N i( O H ) 2 O H
电池反应： M H x x N iO O H M x N i( O H ) 2
化学电源和燃料电池
氢能经济
➢ 人类社会目前正处于“碳氢经济”时代，化石能是最
主要的能源。
燃 ➢ 科学家研究发现，人类不断开发、利用新的“碳氢能
料 源”的历史实际上是一个“脱碳”的历史。每一次能
电
源革命的结果都是使“碳氢能源”中碳的含量降低，
比容量 单位体积的容量或单位质量的容量
化学电源和燃料电池
电池的标识
1. 电池的生产厂商、型号 2. 电池的种类
3. 额定电压
4. 额定容量
化学电源和燃料电池
一、化学电源的分类 普通锌锰干电池
一次电池 碱性锌锰电池
化学电源 二次电池
银锌钮扣电池 铅蓄电池
银锌蓄电池
锂离子电池
燃料电池 氢氧燃料电池
化学电源和燃料电池
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。
化学电源和燃料电池
3、银锌钮扣电池
负极：Zn +2OH－-2e- = ZnO+H2O 正极：Ag2O + H2O+ 2e- = 2Ag+2OH－
总反应：
Zn+
Ag2O
=
ZnO+ 2Ag 化学电源和燃料电池
三、二次电池
1、铅蓄电池
化学电源和燃料电池
①放电过程 负极：Pb + SO42- -2e- =PbSO4 氧化反应 正极：PbO2 + 4H++SO42-+2e- =2PbSO4 +2H2O
二、一次电池
1、普通干电池
普通锌锰电池
Hale Waihona Puke Baidu
锌筒
石墨棒
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
MnO2和C
负极（Zn）：Zn – 2e- = Zn2+ 正极 （C）：
普通锌-锰干电池的结构
2MnO2+2NH4++2e- =2MnOOH+2NH3
氢氧化氧锰
电池反应：
二氯化二氨合锌
Zn＋2MnO2+2NH4Cl =2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2
化学电源和燃料电池
燃料电池
化学电源和燃料电池
能源危机
➢ 中东地区: 石油储量最多, 占56.8%； ➢ 欧洲: 天然气和煤炭储量最多, 各占54.6%和45%
燃 ➢ 亚洲、大洋洲: 煤炭各占18%，石油、天然气只有5% 料 电 池
化学电源和燃料电池
寻找新能源
燃 料 电 池
寻找新能源 迫在眉睫！！
电池反应: Li1-xMO2+ LixCn = LiMO2+ Cn
式中：M=Co、Ni、Fe、W等,DE、DEC为碳酸烷基酯
类溶剂。
化学电源和燃料电池
锂离子电池特点：
•能量密度高，是镍镉电池的2~3倍，镍氢电池 的1~2倍 •工作电压高，是镍镉、镍氢电池的3倍 •体积小，比镍氢电池小30% •质量轻，比镍氢电池轻50% •无记忆效应 •无环境污染 •寿命长
直接把化学能转变为电能的装置，俗称电池
化学电源和燃料电池
形形色色的电池
A
a极 b极
Cu
Zn
稀H2SO4
H2O
CH4
O2
KOH溶液
化学电源和燃料电池
用途广泛的电池
用于汽车的铅蓄电池和燃料电池
化学电源和燃料电池
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
电摄 池像
机 专 用
还原反应 放电过程总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。
化学电源和燃料电池
②充电过程 接电源负极
阴极：PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 还原反应
阳极：
接电源正极
PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H++ SO42- 氧化反应