化学电源复习重点

1.化学电源由：电极、电解质、隔膜、外壳组成。

2.电极由三部分组成：活性物质、导电剂、添加剂。

3.电极常用粘结剂：聚乙烯醇（PVA）、聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纤维素（CMC）

4.影响电池比能量的因素：电压效率ηu、反应效率ηr、质量效率ηm

5.极化过电位由：电化学极化、浓差极化、电阻极化产生的过电位组成。

6.电池内阻包括：欧姆电阻（由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成）、极化电阻（电化学反应时由于电化学极化和浓差极化引起的电阻）。

7.放电率常用“时率”（额定容量除放电电流）和“倍率”（放电电流除额定容量）表示。

8.可逆条件的意义：①电池反应是可逆的；②反应以可逆的方式（速率无限小的情况下）进行。

9.电极反应：①液相传质步骤；②前置表面转化步骤；③电化学步骤；④随后转化步骤；⑤产物生成新相。研究电极过程的目的就是为了确定上

述步骤中哪一步是控制步骤（最慢）。

10.某一电流密度下电极电位与可逆电极电位的差值的绝对值称为过电

位

11.交换电流密度：在平衡电位处电极上氧化和还原反应速率相等，i0称为交换电流密度

12.i0→0时的电极是理想的极化电极；i0→∞时是理想的非极化电极。

13.电池记忆效应：是指电池可逆失效，即电池失效后可重新恢复性能。记忆效应是指电池长时间经受特定

的工作循环后，自动保持这一特定的倾向。

14.贮氢合金的分类：①AB5型稀土Ni 系合金LaNi5；②AB2型Laves相合金ZrMn2；③AB型钛镍系合金TiFe；④A2B型镁基合金Mg2Ni；⑤钒基固溶体V3Ti

15.用作电池的贮氢合金必须满足以下条件：①有效吸氢量大；②平台压力合适；③在氢的阳极氧化电位范围内，贮氢合金有抗阳极氧化的能力；

④在碱性电解质溶液中，合金的化学性能稳定；⑤在反复充放电过程中，电极不变形；⑥合金应有良好的电和热的传导性；⑦原材料成本低。16.锂电池的组成：负极（碳）、正极（LiCoO2）和电解液（1mol/L

LiPF6-EC+DEL(1:1)体积比）

17.锂离子电池的特点：①锂离子从碳材料晶格中的脱嵌发生在接近金属

锂的电极电位，因此完全可以替代金属锂作锂离子电池的负极材料；②LiCoO2的电极电位为4V，具有高的工作电压和高的比能量；③自放电速率低（6%/月）；④循环寿命长（大于1000次完全放电）；⑤无记忆效应；

⑥无污染；⑦可快速充电。

一、化学电源的分类：

①一次电池

锌-锰干电池：

(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2|MnO2(c)(+)

碱性锌-锰干电池：

(-)Zn|KOH|MnO2(c)(+)

锌-汞电池：(-)Zn|KOH|HgO(+)

镉-汞电池：(-)Cd|KOH|HgO(+)

锌-银电池：(-)Zn|KOH|Ag2O(+)

碱性锌-空气电池：(-)Zn|KOH|O2(c)(+) ②二次电池

铅酸电池：(-)Pb|H2SO4|PbO2(+)

镉-镍电池：(-)Cd|KOH|NiOOH(+)

氢-镍电池：(-)H2|KOH|NiOOH(+) ③贮备电池

锌-银电池：(-)Zn|KOH|Ag2O(+)

镁-银电池：(-)Mg|MgCl2|AgCl(+)

铅-高氯酸电池：(-)Pb|HClO4|PbO2(+)

④燃料电池

氢氧燃料电池：(-)H2|KOH|O2(+)

肼-空气燃料电池：(-)N2H4|KOH|O2(空

气)(+)

二、电池的理论容量

C0=26.8n·m0/M=q-1m0C0---理论

容量；m0--活性物质完全反应的质量；

M---活性物质摩尔量；n---成流反应得

失电子数；q---活性物质电化当量。

电池的理论能量

W0=C0E W0---理论能量；E---电

池电动势。

三、铜锌电池

(-)Zn(s)|Zn2+(a Zn2+)||Cu2+(a Cu2+)|Cu(s)(

+)

电池反应：

负极：Zn(s)→Zn2+(a Zn2+)+2e

正极：Cu2+(a Cu2+)+2e→Cu(s)

电解反应：

阴极：Zn2+(a Zn2+)+2e→Zn(s)

阳极：Cu(s)→Cu2+(a Cu2+)+2e

四、电极分类：

①金属或气体与它们相应的离子溶

液组成的电极：Pt,H2(p H2)|H+(a H+)

Pt,Cl2(p Cl2)|Cl-(a Cl-)

②含有难溶盐的电极：

Hg,Hg2Cl2(s)|KCl(a)

③氧化-还原电极：

Pt,Fe2+(a Fe2+)|Fe3+(a Fe3+)

五、能斯特方程

φe=φeθ+RT/nF·ln{a[O]/a[R]}

六、气体扩散电极

气体扩散电极是一种有一定孔率和

具有很高的比表面，并能形成稳定的

气-液-固三相界面系统的电极。

憎水型气体扩散电极为双层结构，

由：防水透气层、导电网、催化层组

成，催化层被电解液部分润湿，形成

大量气-液-固三相界面区，建立了电

极反应区。

七、锌-锰干电池负极自放电

引起锌负极自放电的原因主要是在

电池内形成腐蚀微电池：

①酸性溶液中：Zn+2H+===Zn2++H2↑

②碱性溶液中：Zn+H2O→ZnO+H2↑

③电解液溶有氧时的吸氧反应：

Zn+0.5O2→ZnO

减少锌负极自放电可以采取以下措

施：

①在锌负极添加析氢过电位高的金

属，如Hg、Pb、Cd等；

②在电解液中加入缓蚀剂，如Tx-10

③电池严格密封。

八、锌-空气电池

(-)Zn|KOH|O2(C)(+)

负极：Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e

正极：1/2O2+H2O+2e→2OH-

电池反应：Zn+1/2O2→ZnO

电池电动势：E=1.646+0.059/2·lg p O21/2

九、铅酸电池的老化：正极活性物质

脱落+负极不可逆硫酸盐化

恒电位钝化曲线（右图）上，AB段

为活化区，B点为钝化临界点，BC段

为钝化过渡区，CD段为完全钝化区，

DE段是析氧区。

负极板硫酸盐化的原因：①硫酸盐重

结晶，导致粗大晶粒形成，降低PbSO4

的溶解度；②电解液中表面活性物质

吸附在负极板表面，使硫酸盐溶解度

降低。

消除极板硫酸盐化的方法：用蒸馏水

代替电解液硫酸，以小电流充电，待

大量气体逸出，且电解液硫酸的密度

增加到1.1g·cm-3后停止充电，再用

蒸馏水代替形成的硫酸，用同样的电

流再充电，重复数次这种操作，直至

电解液硫酸密度在充电过程不再增

加后，调整电解液硫酸至所需的浓

度。

十、铅酸蓄电池的制造工艺

基本工序有：板栅制造，正、负极铅

膏制造，极板固化，极板化成，电池

装备配。

用直流电电解法形成铅酸蓄电池活

性物质的过程，称极板化成。

配置合金→浇铸板栅→涂板→浸酸

→生极板干燥→极板化成→熟极板

干燥→集群组合→电池装配

十一、密封式免维护铅酸蓄电池工作

原理

密封铅酸蓄电池在设计上限制正极

容量，而负极活性物质容量过剩，以

保证充电时正极上优先析出氧气，而

负极上不产生氢气。

十二、镉-镍电池的工作原理

电池负极为海绵状金属镉，正极为氧

化镍(NiOOH)，电解液为KOH或NaOH

水溶液，电池电化学式为

(-)Cd|KOH(或NaOH)|NiOOH(+)

负极反应：Cd+2OH-→Cd(OH)2+2e（放

电，逆向为充电）

正极反应：2NiOOH+2H2O+2e→

2Ni(OH)2+2OH-（放电，逆向为充电）

电池反应：Cd+2NiOOH+2H2O→

2Ni(OH)2 +Cd(OH)2（放电，逆向为充

电）

十三、镉电极钝化

镉电极放电（阳极极化）时，如果电

流密度过大，温度过低，或电解液浓

度过低，都易引起镉电极钝化。原因：

①电极表面Cd(OH)2脱水形成的CdO

层覆盖电极表面；②镉电极在充放电

过程中易发生聚结，电极真实表面积

缩小，增大了电极极化，使电极钝化。

防止镉电极钝化的措施：在制造活性

物质时加入表面活性剂或其他添加

剂，起分解、阻聚作用。阻碍镉电极

在充放电过程中趋向聚合形成大晶

体，改变镉电极的结晶组织结构。在

生产中，通常加入苏拉油或25号变

压器油。其他添加剂有Fe，Co，Ni，

In等。Fe，Co，Ni可提高电极的放电

电流密度；Fe，Ni可降低放电过程的

过电位；In可提高电子导电性。

十四、密封镉-镍电池工作原理

电池密封必须解决如何消除在正常

充电时析出的气体。解决的办法是：

负极未充电的活性物质要过量；电池

内有气室，便于氧气迁移；采用气体

易于通过的隔膜，保障氧气迅速向负

极扩散。

镉镍蓄电池密封的目的是防止充电

或过放电时氢气析出。措施：①使负

极容量超过正极容量；②限制电解液

量，保证电池气室有足够容量；③采

用透气性强的微孔隔膜；④实行反极

保护。

反极保护的机理：（单体电池在过充

电时，正极析氧，负极析氢。但呈现

反极充电时，正极析氢，负极析氧，

称“反极充电”。）措施：在正极中加

入反极物质Cd(OH)2，或在电池中增

加辅助电极，使氢和氧进行再化合反

应。正常放电时，反极物质不参加反

应，只是作为非活性物质存在，一旦

电池过放电，正极容量降至零时，正

极中的Cd(OH)2（反极物质）就进行

阴极还原，Cd(OH)2+2e→Cd+2OH-，因

此防止了正极析氢。若负极也过放电

析出氧，可被正极中的反极物质生成

的镉吸收，构成镉氧循环。

十五、金属氢化物-镍（MH-Ni）电池

的工作原理

正极反应：

充电Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e

过充电4OH-→2H2O+O2+4e

放电NiOOH+H2O+e→Ni(OH)2+OH-

过放电2H2O+2e→H2+2OH-

负极反应：

充电M+H2O+e→MH+OH-

过充电2H2O+O2+4e→4OH-

放电MH+OH-→M+H2O+e

过放电H2+2OH-→2H2O+2e

总电池反应：MH+NiOOH→M+Ni(OH)2

十六、燃料电池的类型

按燃料的凝聚态特征可分为：气态燃

料电池（如氢-氧燃料电池）、液态燃

料电池（如甲醇直接氧化燃料电池，

水合肼-氧燃料电池）

按电池输出功率分为：超小功率

（<1kW），小功率（1~10kW），中功

率（10~150kW），大功率（>150kW）

按电解质种类可分为：磷酸型

（PAFC）、熔融碳酸盐型（MCFC）、

固体电解质型（SOFC）、碱性氢-氧型

（AFC）和质子交换膜型（PEMFC）