化学电源

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第一节化学电源基本概念介绍

得到
X=170.2Wh/Kg
对铅酸电池来说，由于H2SO4参加了反应，故其电动势与H2SO4的浓度有关。若取d=1.25的硫酸，换成活度 V=2.104V。表1－1给出了一些电池的理论比能量和实际比能量。见下表：
一些电池的实际比能量与理论比能量
电池电池反应
电动势（V）理论实际比比能能量 (Wh/Kg) 量 (Wh/Kg)
根据电池的放电曲线，通常可以确定电池的放电性能和电池的容量。
1. 通常电池的放电曲线越平坦、稳定、电池的性能就越好。
2. 电池的容量大小。
电池的容量和比容量： • 电池的容量电池在一定的放电制度下，所放出的电量C，可以用安时（Ah)表示。Ah表示1安培（A）电流放电1小时（h）。 1. 理论容量：理论容量是根据活性物质的重量按法拉第定律计算出的电量。理论容量的计算方法（举例说明）例如：设某电池中的负极为 Zn，其重量为13.5克，求锌电极的理论容量？
电池的电动势的大小是通过电池热力学原理理论计算获得，不能实验测定。即：
E
平
平
正极：aA ne cC 负极：bB ne dD
c d
G RT a c a d E=E ln a b 平平 nF nF a a
A B
0 0 0 （ G ）（ G ） G 正负 = 正平负平 E nF nF
实际容量的计算：
（1）若是恒电流放电
QI =I t(AH)
t t
（2）恒电阻放电由于恒电阻放电时，I 是不断变化的，故QR要通过积分的方法计算：
V 1 t 1 QR Idt dt Vdt V平t 0 0 R R 0 R

化学电源

铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
①充电过程
接电源负极阴极：PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应阳极：接电源正极
氧化反应充电过程总反应： 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq)
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
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
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
化学电源
请考虑，废旧干电池，有无污染的问题，如何解决？

化学电源基本概念

比能量的应用：选择电池的重要依据
例：某一起使用电源体积限定：130mm×60mm×8mm 平均工作电压：13V 最大工作电流：250mA 工作时间：4h
电池能量=I×t×U=0.25A×4h×13V=13Wh 电池组体积=130mm×60mm×8mm=0.0624dm3 13Wh 体积比能量= =208Wh/dm3 0.0624 dm 3 查表：ZnHg 或ZnAg 电池
一、化学电源的概述
1 定义
电化学电池是一种直接把化学能转变为电能的装置。
2 优点
1、能释放能源，又能储存能源； 2、能量转换效率高，工作时没有噪音，无污染； 3、工作范围广泛，对环境适应性强（耐冲击、震动、在失重情况下能正常工作； 4、工作重要参数（电压、电流、容量及电池的形状）可在较大范围内变动； 5、携带方便，特别适用于移动式通讯交通工具上。
四、电池的主要性能 1、电池的开路电压
指外电路电流无穷小（电路断开）时两极间的电势差。与正负极材料本性、电解质和温度有关
与电池的几何结构、尺寸大小无关
电池的额定电压（公称电压）
指某电池开路电压的最低值。 ZnMn干电池额定电压为1.5V,开路电压不小于1.5V
2、电池的容量电池的容量：是指在一定的放电条件下，即一定的温度和
充电也类似：锂电池是1320毫安。
充电器输出DC：
USB：
350mA-±50mA
800mA
1320mAh 用充电器充电：充电时间 3.8h 350mA 1320mAh 用USB充电：充电时间 1.65h 800mA 在实际中，充电时间比理论时间长，因为充电时有能量耗损，同时电流有可能不稳定。
• 3 化学电源工作原理电池要实现化学能转变为电能必须满足以下条件：

化学电源

化学电源的主要性能
电池容量是评价电池性能的重要指标，可通过放电曲线测定。电池容量和放电条件相关，放电条件一般指：放电电流、放电深度、放电形式、放电期间电池的温度等。
化学电源的主要性能
对给定的电池，由于欧姆内阻和极化内阻的存在，电池容量、放电电压和电池的使用寿命随放电电流增加而减小，只有当电池以很小电流放电时才能接近理论电压和理论容量。
化学电源的主要性能
电池的工作电压（V）：电池有电流流过时正、负电极的端电压。它随输出电流的大小、放电深度和温度等变化
而变化。电流流过电池时，会产生电化学极化、
浓差极化和欧姆极化等，使电池的工作电压总低于开路电势。
化学电源的主要性能
表征电池放电时电压特性的术语：额定电压：电池工作时公认的标准电压。如：锌锰电池：1.50V；镉镍电池：1.20V 中点电压：电池放电期间的平均电压。截止电压：电池放电终止时的电压值，是放电倍率的
化学电源的主要性能
自放电：指电池由于一些自发过程的进行引起的电
池容量的损失。
过充电：对二次电池，若充电时间过长，电池可能
出现过充电，此时会出现新的电极反应，如水的电
解等，会影响电池的寿命。
一般，只要不经常过充电，对电池的性能影响不大。
化学电源的主要性能
电池在贮存和使用过程都会出现自放电，主要原因： 1）不期望的副反应的发生，如铅酸电池的正极发生 2）电池内部变化导致的接触问题； 3）活性物质的再结晶； 4）电池的负极大多数使用活泼金属，可能发生阳极溶解； 5）无外接负载时电池在电解质桥上的放电。
根据放电倍率的大小分类：
低倍率：<0.5C；
高倍率:3.5-7C；
中倍率：0.5-3.5C；

高中化学——化学电源

配电荷的等号另一边配水
配
对
CH4
O2
根据溶液环境定离子配电
等
4水 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2
得失电子看不见定荷
KOH溶液
全靠化合价来体现得失
3 CH4-8e-+10OH-=CO32-
写总方程式，找反应物和电
产物
写
1 负极：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O总反应
3 .
优点
供燃料和氧化剂。
清洁、安全、高效(燃料利用率超过80%), 环境友好。
四步走暴击电极反应式
03 燃料电池的一般套路（甲烷酸性燃料电池）
配电荷的等号另一边配水
配
对
CH4
O2
根据溶液环境定离子配电
等
4水 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+
得失电子看不见定荷
HCl溶液
全靠化合价来体现得失
B.放电时，电子从镁电极流出，经电解质流向正极
C.放电时，化学能完全转化为电能
D.放电时，F－向正极移动
03
镁铝原电池——稀硫酸or氢氧化钠
稀硫酸or 氢氧化钠
配电荷的等号另一边配水
配
对
根据溶液环境定离子配电
等
水4
得失电子看不见定荷
全靠化合价来体现得失
3
写总方程式，找反应物和电
产物
写总
优点：不会破裂漏液，效能高
溶液变红色二次电池（铅酸蓄电池）放电 SO ＋H O ⇌H SO 总反2应：Pb ＋ PbO22＋2H2SO4 2PbS2O4 ＋2H2O 3 充电（难溶于水）

完整版化学电源PPT课件

碱性锌锰电池构造示意图
Zn+2MnO2+2H2O =2MnOOH+Zn(OH)2
• 优缺点简析：只能一次使用，不能充电；价格较贵；比能量和储存时
碱性电池
间有所提高，适用于大电流和连续
放电。
10
（二）、二次电池——铅蓄电池
• (-) Pb│H2SO4│PbO2 (+) • 负极(Pb)：
Pb-2e-+SO42-=PbSO4 • 正极(PbO2)： PbO2+2e-+4H++SO42-
工作原理
锌筒石墨棒 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 MnO2和C
普通锌锰干电池的结构普通锌锰电池
9
• (-) Zn│KOH│MnO2 (+)
• 负极(Zn)：
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 • 正极(MnO2)： 2MnO2+2H2O+2e-
=2MnOOH+2OH-
• 电池总反应：
还有隔膜，电池外壳及其它一些配件。例如接线柱，汇流排（见下图），电池各部分的作用为：
1. 正极和负极正极和负极的作用是参加电化学
反应和导电。负极通常都是由电位较负的金属承担。如：Zn、Mn、Al、 Cd、Fe······。它们本身都是还原剂，在放电过程中被氧化，所以电池的负极也就是阳极；正极通常是采用电位较正的金属或其它氧化物，例如 MnO2、PbO2······。它们都是氧化剂，在放电的过程中被还原，放电时电池的正极也是阴极。
造成短路。隔膜的好坏对电池的质量影响很大，对隔膜通常有如下要求：
6
（1）内阻小（2）能阻挡脱落的活性物质透过（3）能耐电解质溶液的腐蚀，及电极氧化剂的氧化（4）来源丰富，价格低廉 4. 电池外壳

化学电源

判断：
电池工作时，电子由正极通过外电池工作时，
电路流向负极。电路流向负极。错外电路中每通过外电路中每通过0.2mol的电子，的电子，的电子锌的质量理论上减少6.5g。对锌的质量理论上减少。
随着用电器朝着小型化、小型化、多功能化发展的要求，对电池的展的要求，发展也提出了小型化、发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。多功能化发展的要求。体积小、性能好的碱性锌－体积小、性能好的碱性锌－锰电池应运而生。而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。流大幅度提高。
锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池下列说法正确的是（的总反应为Li 的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（ B ） Li是正极是正极， A、 Li是正极，电极反应为Li － e- = Li+ Li是负极是负极， B、 Li是负极，电极反应为Li － e- = Li+ Li是负极是负极， C、 Li是负极，电极反应为MnO2 + e- = MnO2 – Li是负极是负极， D、 Li是负极，电极反应为Li －2e- = Li2+
铅蓄电池
新型燃料电池
燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全燃料电池不是把还原剂、部贮藏在电池内，而是在工作时，部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，界输入，同时将电极反应产物不断排出电池

02化学电源

电池的实际容量总是小于电池的理论容量，其比称为活性物质利用率η
idt 电池实际容量 0 100 ％＝电池理论容量 mzF M
电池容量是评价电池性能最重要的指标之一，实际生产中常用比容量来反映电池的容量性能。
t
比容量是指单位质量或单位体积电池所输出的电量，分别以A· h· kg-1和 A· h· L-1表示。质量比容量间接地反映了活性物质的利用率；体积比容量则反映了电池结构的特征。
• 外电路上电子流过的速率等于每个电极／电解质界面上的电荷迁移
速率，电化学过程的速率可以由连接在外电路中的安培表直接读出。
3.电流和电流效率
• 电流越大，由于内阻的存在，使电池的放电电压下降，电极上活性物质来不及反应．导致了电池容量的下降。
• 对于电池反应，能承受的充、放电电流的大小反映了反应的可逆性。 • 为降低电极反应的极化、提高电池所能承受的电流，电极一般做成
• 只有可逆电池的开路电压才等于电池电动势，—般电池的开路电压总小于电池的电动势。 • 工作电压 (V)：指电池有电流流过时的端电压，它随输出电流的大小、放电深度和温度的变化而变化。
• 当有电流流过电池时，会产生电化学极化、浓差极化和欧姆极化等，
使得电池的工作电压总低于开路电势。
• 表征电池放电时电压特性的术语还有额定电压、中点电压和截止电压。 • 额定电压：指电池工作时公认的标准电压。 • 中点电压：指电池放电期间的平均电压。 • 截止电压：指电池放电终止时的电压值，是放电倍率的函数，截止电压一般是电池制造商规定的。 • 当电池外加一负载时，外线路中有电流通过，电池对外做电功，电池的工作电压为：
糊式电池：
(-) Zn | NH4Cl + ZnCl2 | MnO2, C (+)

应用电化学---第三章化学电源

3．电流和反应速率反应速率等于电流强度，可以直接从电流表读出。电流的大小，就是充电或者放电速率的大小。由于电池存在内阻，当有电流流过时，电池的放电电压下降，电极上的活性物质来不及反应，使电池容量的下降。对于电池反应，能承受的充、放电电流的大小反映了电池反应的可逆性。为降低电极反映的极化、提高电池所能承受的电流，电极一般做成多孔扩散电极。
放电深度：电池放电量占其额定容量的百分数。理想的电池在整个放电过程中应该保持一个恒定的工作电压，但大多数电池只有在较低的放电深度时才保持平稳的工作电压。放电深度大时电池能放出较多的容量，但考虑到电池的工作性能，一般情况下电池放电深度只为额定容量的20％一40％。
电池放电一段时间后搁臵时，开路电压会上升。图3.2为电池连续放电和间隙放电时的放电曲线。依图可见，间隙放电时的容量要较连续放电时为大。特别当以大电流放电时，间隙放电会使电池容量有较大的提高。
给电池外加一负载并接通外电路时，外线路中有电流通过，电池对外做电功，其工作电压为：
Rp，RΩ分别是极化内阻和欧姆内阻，E，V 分别使电池电动势和电池工作电压
电池内阻R =Rp + RΩ ，
极化内阻是由于电化学极化和浓差极化而引起的，所以极化内阻的大小与电极材料的本质、电池的结构、制造工艺和工作电流的大小等有关。为降低极化内阻，电极一般做成多孔电极以提高电极的表面积，并选择具有高交换电流密度的活性物质。
电池的负极一般选用较活泼的金属，而正极一般选用金属氧化物，电极材料的选择和评价原则前面已经介绍，后面还要针对电池来具体讲授。表3.1列出了电池常用的一些负极材料的性能。
添加剂：包括能提高电极导电性能的导电剂 (如金属粉和碳粉)、增加活性物质粘结力的粘结剂(如聚四氟乙烯和聚乙烯)、延缓金属电极腐蚀的缓蚀剂等。集电器：由于活性物质通常是构成一种糊状电极，需要用集电器来作为支持体，集电器通常是一个金属栅板或导电的非金属棒(如碳棒)，以提供电子传导的路线，集电器重量应轻，化学稳定性应好。

化学电源基本概念

间歇放电
电压
连续放电时间
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5.比能量和比功率电池的能量
电池所能作出的电功，它等于放电容量和电池平均工作电压的乘积电池的比能量（或能量密度）指单位质量或单位体积的电池所输出的能量。
电池的功率
电池在单位时间内所输出的能量。
电池的比功率（或功率密度）
指单位质量或单位体积的电池所输出的功率。
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6.电池的寿命
①使用寿命
指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。 ②循环寿命
指在二次电池报废之前，在一定放电条件下，电池经历充放电循环的次数，循环寿命越长，电池的可逆性能就越好。
④贮存寿命
指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮存时间。
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t 电池实际容量 idt 100% 0 mZF / M 电池理论容量
（4）比容量：指单位质量或单位体积电池所输出的电量，分别以A· kg-1和A· L-1表示。 h· h· （5）额定容量：指在设计和生产电池时，规定或保证在指定的放电条件下电池应该放出的最低限度的电量。
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4.电池的容量及影响因素
（1）电池容量C：指在一定放电条件下，电池放电到终止电压时所能放出的电量，单位为库仑（C）或安时（A· h）
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实际电池容量可通过下式计算：恒电流放电： C=∫t0 i(t)dt=it 变电流放电： C= ∫t0 i(t)dt 恒电阻放电： C= ∫t0 i(t)dt=1/R ∫t0 V(t)dt （2）放电曲线：
7.自放电(self-discharge)

化学电源

铅蓄电池
• Pb——PbO2——H2SO4溶液
负极（Pb）：Pb+SO42-—2e 正极（PbO2）: PbO2+SO42- + 4H++2e
-=PbSO4
-=PbSO4+2H2O
总反应： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4 + 2H2O
碱性锌锰电池
• Zn——MnO2——KOH溶液
负极（Zn）:Zn+2OH —2e = Zn(OH)2
化学电源
化学电源的分类
1.一次电池（如干电池）:用过后不能复原 • 例如：干电池—— Zn- Mn普通干电池
2.二次电池（如蓄电池）:充电后能继续使用 • 例如：银锌纽扣电池铅蓄电池 3.燃料电池：常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池等。
氢氧燃料电池
总反应：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
甲醇—空气燃料电池
两极分别通入CH3OH、O2 ；电解质：KOH溶液
负极：2CH3OH+16OH --12e =2CO32-+12H2O 正极：3O2+ 6H2O+12e =12OH
总反应：
2CH3OH+3O2+4OH =2CO32-+6H2O
正极（MnO2）:
2MnO2+2H2O+2e =2MnO(OH)+2OH
总反应： Zn+2MnO2+2H2O= 2MnO(OH)+ Zn(OH)2
甲烷燃料电池
• 两极分别通入CH4、O2 ；电解质：KOH溶液
负极：CH4+10OH —8e =CO32-+7H2O 正极：2O2+4பைடு நூலகம்2O+8e =8OH

《化学电源》PPT课件

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化学电源已有200多年的发展历史：
1836年，英国化学家和气象学家丹尼尔（1790-1845）对“伏特电堆”进行了改良，他使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，制造出第一个不极化、能保持平稳电流、并可反复充电的锌-铜电池，又称“丹尼尔电池”。
从1859年普兰特 (Plant‘e)试制成功化成式铅蓄电池以后，化学电源便进入了萌芽状态。
锌-银电池 Zn| KOH | Ag2O 锂电池

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（2）蓄电池 (二次电池)
电池工作时，在两极上进行的反应均为可逆反应。因此可用充电的方法使两极活性物质恢复到初始状态，从而获得再生放电的能力。这种充电和放电能够反复多次，循环使用。常见的蓄电池有：
铅酸蓄电池 Pb|H2SO4|PbO2 镉-镍蓄电池 Cd|KOH|NiOOH
（1）原电池 (一次电池)
电池经过连续放电或间歇放电后，不能用充电的方法使两极的活性物质恢复到初始状态，即反应是不可逆的，因此两极上的活性物质只能利用一次。
原电池的特点是小型、携带方便，但放电电流不大。一般用于仪器及各种飞子器件。广泛应用的原电池有:
锌-锰干电池 Zn|NH4Cl，ZnCl2| MnO2，锌-汞电池 Zn| KOH |HgO
综上所述，化学电源的发展是和社会的进步、科学技术的发展分不开的，同时化学电源的发展反过来又推动了科学技术和生产的发展。
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二、化学电源的分类
化学电源的分类有不同的方法： 1.按活性物质的保存方式分类
(1)活性物质保持在电极上 (i)非再生型一次电池 (ii)再生型二次电池 (蓄电池)
铁-镍蓄电池 Fe|KOH|NiOOH

化学电源

二、化学电池普通锌锰干电池一次电池碱性锌锰电池银锌纽扣电池铅蓄电池
化学电源二次电池银锌蓄电池
锂离子电池燃料电池氢氧燃料电池等
1. 银锌钮扣电池电极分别为Ag2O和Zn
电解质溶液为KOH 负极：Zn +2OH－-2e- =Zn(OH)2
正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH－总反应： Zn+Ag2O+H2O=Zn(O，在电池内部担负着传递正负极之间电荷的作用
对电解质的要求是
• 1）稳定性强，因为电解质长期保存在电池内部，所以必须具有稳定的化学性质，使储藏期间电解质与活性物质界面的电化学反应速率小，从而使电池的自放电容量损失减小； 2）比电导高，溶液的欧姆压降小，使电池的放电特性得以改善。对于固体电解质，则要求它只具有离子导电性，而不具有电子导电性。
化学电源
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化学电源俗称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。常见的电池大多是化学电源。它在国民经济、科学技术、军事和日常生活方面均获得广泛应用。
化学电源在实现能量的转换过程中，必须具有两个必要的条件：
一. 组成化学电源的两个电极上进行的氧化还原过程，必须分别在两个分开的区域进行，这一点区别于一般的氧化还原反应。二. 两电极的活性物质进行氧化还原反应时所需电子必须由外线路传递，这一点区别于金属腐蚀过程的微电池反应。
电池外壳
• 电池外壳作为容器，应耐腐蚀，具有一定的强度
3．工作原理(以锌—铜原电池为例，如图所示)
电极名称电极材料电极反应反应类型电子流向
负极 Zn ____ Zn→Zn2＋＋2e－ __________________

化学电源知识点汇总总结

化学电源知识点汇总总结一、化学电源的基本概念和原理化学电源是利用化学反应产生的电能的装置，也称为化学电池。

化学电源的原理是通过化学反应将化学能转化为电能，从而产生电流。

化学电源主要包括化学电池和燃料电池两种类型。

1. 化学电池化学电池是一种将化学能转化为电能的装置，它由正极、负极和电解质组成。

正极和负极之间通过电解质隔膜隔开，当正极和负极连通时，化学反应发生，产生电流。

化学电池的工作原理是在正负极之间发生氧化还原反应，从而产生电流。

2. 燃料电池燃料电池是一种利用氢气或其他可燃气体与氧气进行氧化还原反应产生电能的装置。

燃料电池的工作原理是通过将氢气与氧气在催化剂的作用下进行反应，产生电流。

二、化学电源的分类化学电源主要包括化学电池和燃料电池两种类型，根据不同的工作原理和应用领域可以进一步进行分类。

1. 原电池和二次电池原电池是一次性使用的化学电池，其化学反应发生后无法逆转。

二次电池则是可以重复充放电的化学电池，例如铅酸蓄电池和锂离子电池等。

2. 燃料电池的类型燃料电池可以根据使用的燃料和氧化剂的不同进行分类，常见的燃料电池包括氢氧燃料电池、甲醇燃料电池、固体氧化物燃料电池等。

三、化学电源的应用化学电源作为一种高效的能源转化装置，广泛应用于各个领域。

1. 电动汽车随着环保意识的提高，电动汽车逐渐成为替代传统燃油车的首选。

电动汽车采用电池组作为动力来源，其中包括锂离子电池、镍氢电池等。

2. 便携式电子设备化学电源被广泛应用于便携式电子设备，例如手机、笔记本电脑、数码相机等。

这些设备通常采用锂离子电池或锂聚合物电池。

3. 家用电器化学电源也被应用于一些家用电器，例如手提吸尘器、电动工具、无线电话等。

这些设备通常采用镍镉电池、镍氢电池等。

4. 航空航天领域燃料电池在航空航天领域有着广泛的应用前景，可以用于飞机、无人机和宇宙飞船等。

5. 新能源领域燃料电池也被广泛应用于新能源领域，例如太阳能和风能的储能系统，通过燃料电池将太阳能和风能转化为电能。

化学与物理电源

化学与物理电源一、化学电源化学电源是一种通过化学反应产生电能的装置，广泛应用于日常生活和工业生产中。

常见的化学电源有干电池和蓄电池。

干电池是一种便携式化学电源，内部由正负极、电解质和隔离膜等组成。

当外部电路连接到干电池上时，化学反应开始进行，正极的金属离子向负极移动，产生电流。

干电池的优点是体积小、重量轻、使用方便，适用于移动设备和小型电子产品。

然而，干电池的能量密度较低，不能充电，使用寿命有限。

蓄电池是一种可充电的化学电源，内部由正负极、电解质和隔离膜等组成。

蓄电池与干电池类似，但在电解质中添加了可逆反应物质，可以通过外部电源反向充电。

蓄电池的优点是能够重复充放电，使用寿命较长。

蓄电池广泛应用于汽车、太阳能电池板等领域。

二、物理电源物理电源是一种通过物理现象产生电能的装置，常见的物理电源有太阳能电池和风力发电机。

太阳能电池是利用光电效应将太阳能转化为电能的装置。

太阳能电池由多层半导体材料组成，当阳光照射到太阳能电池上时，光子激发半导体中的电子，使电子从价带跃迁到导带，形成电流。

太阳能电池的优点是清洁环保、可再生，适用于户外照明和太阳能发电系统。

风力发电机是利用风能转化为机械能，再由发电机将机械能转化为电能的装置。

风力发电机由风轮和发电机组成，当风力推动风轮转动时，发电机内的线圈产生感应电流，形成电能。

风力发电机的优点是可再生、无污染，适用于大型发电场和离网发电。

总结：化学电源和物理电源都是人们日常生活和工业生产中不可或缺的能源装置。

化学电源通过化学反应产生电能，包括干电池和蓄电池；物理电源通过物理现象产生电能，包括太阳能电池和风力发电机。

不同的电源具有各自的优点和适用范围，为人类的生活和工作提供了便利和可持续的能源支持。

化学电源

化学电源化学电源(Battery)：又称电池，是将氧化-还原反应的化学能直接转变为电能的装置。

化学电源对外电路供给能量的过程称为放电(discharge)过程，反之则称为充电(charge)过程。

化学电源的分类¾原电池：又称为一次电池，放电后不能用充电的方式使之复原。

¾蓄电池：又称为二次电池，充电后可使之复原，能多次充放电，循环使用。

¾储备电池：在储存期内电极活性物质不与电解质接触，或电解质处于固态；使用时借助动力源或水作用于电解质使电池激活。

¾燃料电池：¾电化学电容器：任何化学电源都包括四个基本部分：电极(正极和负极)、电解质、隔膜和外壳化学电源的原理对于化学电源来说，电池反应的自由能变化是电能的来源。

由能斯特公式计算出的是平衡状态下的电动势。

由于极化作用，电池放电时的电压总是低于其平衡电动势。

Typical discharge curve of a battery活化极化：与发生在电极/电解质界面上的电化学氧化还原反应的动力学因素有关。

欧姆极化:与单个电池组件的电阻及电池组件之间连接问题产生的电阻相关联。

浓度极化：取决于电池工作时物质传输的限制。

电池的电性能和储能性能实用的电池对电性能、储存性能、机械性能、密封性能以及几何形状都有一定的要求，而首要的是具有良好的电性能和储存性能。

¾开路电压和工作电压没有通电时电池的电压称为开路电压，等于两电极之间的电位差。

只有可逆电池的开路电压才等于电池电动势，一般电池的开路电压总小于电池的电动势。

开路电压取决于正、负极材料的本性、电解质和温度。

工作电压又称闭路电压，是指电池有电流流过时的端电压，它随输出电流的大小、放电深度和温度等变化而变化。

当有电流流过电池时，会产生电化学极化、浓差极化和欧姆极化等，使得电池的工作电压总低于开路电压。

z额定电压：是指电池工作时公认的标准电压。

z中点电压：是指电池放电期间的平均电压。

第06讲化学电源(教师版)

一、化学电源的分类与优劣判断1. 分类：化学电源可以分为一次电池、二次电池和燃料电池等。

2. 优劣判断（1）比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)/kg 或(W·h)/L 。

（2）比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W/kg 或W/L 。

（3）电池可储存时间的长短。

二、一次电池（干电池）一次电池，也叫做干电池，放电后不可再充电。

常见的一次电池有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、纽扣式银锌电池等。

1. 普通锌锰干电池常见的锌锰干电池的构造如图所示。

其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。

这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。

总反应Zn + 2MnO 2 + 2NH 4+ === Zn 2+ + 2MnO(OH) + 2NH 3↑第06讲化学电源知识导航知识精讲2. 碱性锌锰干电池用KOH电解质溶液代替NH4Cl做电解质时，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。

Zn + 2OH-﹣2e-==Zn(OH)23. 纽扣式锌银电池锌银扣式电池，以锌为负极,银的氧化物为正极,氢氧化钾（或钠）溶液为电解液的纽扣状微型原电池Zn+Ag2O+ H2O === Zn(OH)2+2Ag三、二次电池有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使活性物质获得再生，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。

这种充电电池属于二次电池，也叫充电电池或蓄电池。

常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅蓄电池。

1. 铅蓄电池Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O正极充电总反应2PbSO4 + 2H2O === Pb + PbO2 +4H+ + 2SO42- 阴极PbSO4＋2e－===Pb＋ SO42-阳极PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋ SO42-2. 锂离子电池工作原理Li1-x CoO2 + Li x C6 LiCoO2 + 6C放电总反应Li1-x CoO2 + Li x C6 === LiCoO2 + 6C 负极正极充电总反应LiCoO2 + 6C === Li1-x CoO2 + Li x C6阴极阳极三、燃料电池燃料电池是一种连续地将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。

化学电源

第一节化学电源基本概念介绍

化学电源

化学电源基本概念

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应用电化学---第三章 化学电源

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