化学电源复习提纲

16. 电池的功率和比功率 单位 电池的功率是指在一定放电制度下，单位时间内电池所输出的能量，单位为瓦（W） 或千瓦（kW）。 单位质量或单位体积电池输出的功率称为比功率。
17. 电池的容量、能量、功率之间的关系 电池的能量可用电池容量乘以实际的电池电压算得，电压值取电池放电曲线的中 部处；当电池以高放电率放电时，电池的比功率增大，但同时电池极化增大，电 池电压降低，电池的比能量、比容量也降低。
【概论】
1. 化学电源的基本概念 将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置称为化学电源。
2. 化学电源 有哪些？物理电源 有哪些？ 化学电源：锌锰电池、铅酸蓄电池、镉镍电池、金属氢化物镍电池、锌氧化银电 池、锂电池、锂离子电池、燃料电池。 物理电源：太阳能电池。
3. 化学电源的组成和工作原理 氧化反应 还原反应 阳极 阴极 正极 负极 放电时，电池将化学能直接转变为电能；充电时则将电能直接转化成化学能储存 起来。
18. 各种电池库仑效率和能量效率的比较 能量效率是转化的能量和消耗的能量的比值。
库仑效率
能量效率
镉镍电池 锂离子电池
19. 什么是电池的寿命 一次电池和二次电池的寿命 一次电池：寿命是用来衡量电池给出额定容量的工作时间； 二次电池：电池经历一次充电和放电，称为一次循环，或叫一个周期。在一定的 充放电制度下，电池容量降至某一规定值之前，电池所能耐受的循环次数称为电 池的循环寿命。
42. 储氢合金的制备方法 感应熔炼法、电弧熔炼法、机械合金化法、还原扩散法等。
43. 储氢合金电极的制备方法 拉浆法、泡沫电极法、烧结法。
44. 储氢合金表面改性法方法 表面包覆、酸/碱处理、氟化处理、热处理。
45. MH/Ni 电池循环寿命终结的原因
在电池环境中，由于稀土元素、Mn 元素的热力学不稳定性，容易被氧化，使储
氢合金丧失储氢能力。
在充电放电循环中，在合金粉末的表面形成的
的增加，不利于合金吸收
氢气。所以，电池内氢气的分压会在内部气体总压力中逐渐上升。
当电池的内压高于密封的通气孔的固定压力时，就会发生气体的泄漏，导致电解
液数量减少，内部阻抗增大，容量降低，电池的循环寿命下降。
13. 放电时率与放电倍率 时率是以放电时间表示的放电速率，或者说是以一定的放电电流放完全部容量所 需的时间。 倍率是电池在规定时间内放完全部容量时，用电池容量数值的倍数表示的电流值。
14. 电池的比容量
单位
单位质量或单位体积电池所给出的容量称为质量比容量（A·h/kg）或体积比容
量（A·h/L）
15. 电池的能量和比能量 单位 电池的能量是指电池在一定放电条件下对外做功所能输出的电能，通常用瓦时 （W·h）表示。 比能量是指单位质量或单位体积的电池所放出的能量。
负极为锌筒；正极为天然 或电解 。
电池反应：
特点：糊式锌锰电池是铵型电池，产物是
，它是一种致密而坚硬的
沉淀，由于它的生成使电池的内阻增大，反应面积减小。所以这种电池只适合小
电流间放，成本低。
23. 纸板锌锰电池的电池材料及电池反应，从电池构造原理分析电池特点。 负极为锌筒；正极为天然 或电解 。隔膜为纸板浆层隔膜。 电池反应（电解液参与反应，电解质：氯化铵或氯化锌）： 铵型： 锌型： 纸板电池采用浆层纸代替糊式电池中的浆糊层作为隔离层，特点是容量增大，电 池内阻减小，放电电流增大。
10. 电池的内阻 电池的内阻是指电流流过电池时所受到的阻力，它包括欧姆内阻和电化学反应中 电极极化所相当的极化内阻。
11. 电池的放电电压和充电电压 电池的工作电压又称为放电电压，是指有电流流过外电路时电池两极之间的电势 差。 充电电压是指电池在充电时电池两端的电压。
12. 电池的容量和比容量 理论容量 实际容量 额定容量 单位 电池的容量是指在一定的放电条件下可以从电池获得的电量，单位常用安培小时 （A·h）表示，它又可以分为理论容量、实际容量和额定容量。 理论容量是假设活性物质全部参加电池的成流反应时所给出的电量。 实际容量是指在一定放电条件下，电池实际能输出的电量。 额定容量是指设计和制造电池时，规定电池在一定的放电条件下应该放出的最低 容量。
34. 镉-镍蓄电池电极的制备 黏结式电极 发泡式电极 纤维式电极 电沉 积镉电极
黏结式电极：将黏结剂与电极活性物质、导电组分、添加剂等混合，然后粘合在 集流体上制成。（简单、量少、成本低） 发泡式电极：将活性物质直接充填在发泡式镍基体中。（比表面大、韧性好） 纤维式电极：在纤维毡状镍基体孔隙中充填活性物质制成电极。（韧性、导电好） 电沉积镉电极：采用网状基体，在金属盐溶液中进行恒电流沉积。（利用率高）
39. 储氢合金分类 按储氢合金组分分类：稀土类、钛系类、镁系类、锆系类。 按储氢合金中各组分配比分类：AB5 型、AB2 型、A2B 型、AB 型。
40. p-c-T 曲线（压力-组成-温度曲线） 储氢合金吸收和释放出氢的过程，最方便的表示方法是压力-组成-温度曲线，即 PCT 曲线。合金不断吸收氢气，氢压不断提高，直至氢达到在合金中的极限溶 解度，氢的平衡压力不变，出现平台。如果这时候继续提高氢压，氢化物中的氢 仅有少量增加。
32. 高密度球型 Ni(OH)2 的制备方法 氨催化液相沉淀法 高压合成法
氨催化液相沉淀法：在一定温度下，将一定浓度的
、
和氨水并流后连
续加入到反应器中，调节 pH 值使其维持在一定数值，不断搅拌，反应达到预定
时间后，经过过滤、洗涤、干燥，得到球形
粉末。
33. 镉-镍电池负极活性物质的制备 升华法 电解法 负极活性物质是海绵状金属镉，一般在制造时首先制备 CdO，CdO 在电池化成 时将转化为金属 Cd。 CdO 的制备是通过金属 Cd 的升华、氧化制得的。熔融状态的金属 Cd 升华为 Cd 蒸气，在氧化室内被氧化成 CdO，其颜色为浅棕红色至棕红色。 也可以通过电解法制造海绵镉，在电解槽内加入含有镉盐的酸性溶液，选择合适 的溶液温度和电流密度，通电后，在阴极上就可得到海绵状镉的沉积物。将阴极 上沉积出的海绵镉用不锈钢刀刮下，经水洗后，放入托盘并送入 70~100℃烘箱 中干燥 6~8h，然后过 20 目筛。
6. 电池反应的特点 反应在界面进行，有电荷和物质转移；反应总是“共轭”，两个反应分隔；放电 时负极是阳极，正极是阴极；充电时负极是阴极，正极是阳极；电子必须经过外 电路。
7. 电池材料选择原则 正极活性物质的电极电势尽可能正，负极活性物质的电极电势尽可能负；电化学 活性高；重量比容量和体积比容量大；在电解液中的化学稳定性好；有高的电子 导电性；资源丰富，价格便宜；环境友好。
【氢镍电池】
35. 高压氢镍电池 正极负极电解液 优缺点 正极采用烧结式镍电极；负极以镍网为骨架；Pt、Pd 等贵金属为催化剂；负极 活性物质是电池内预先充入的高压氢气；电解液为 KOH，加入少量 LiOH。 优点：较高的比能量，循环寿命长，耐过充、过放能力强，以及可以通过氢压来 指示电池荷电状态等。 缺点：负极使用贵金属催化剂，电池成本高；电池内部氢压高，增加了电池密封 的难度；壳体需要用较重的耐压容器，降低了电池的比能量；电池自放电大；可 能因氢气泄漏而出现安全问题。
24. 碱性锌锰电池的电池材料及电池反应，从电池构造原理分析电池特点。 电极反应： 负极为多孔锌电极；正极全部采用电解 ；电解质采用 KOH 溶液，导电能 力好。碱性锌锰电池容量高，可大电流连放，放电曲线平稳。
25. 几种结构二氧化锰分类及结构特点。 二氧化锰有着不同的晶体结构，常见的有α，β，γ型，此外还有δ、ε、ρ型。
20. 各种电池比较
21. 锌锰电池分类
【锌锰电池】
命名与型号
R 圆柱形 Round；F 扁形 flat；S 方形 square；C 高容量 capacity；P 高功 率 power； R20—大号电池；R14—二号电池；R06 AA— 5 号电池；R03 AAA—7 号电池； LR—碱性电池
22. 糊式锌锰电池的电池材料及电池反应，从电池构造原理分析电池特点。
41. MH/Ni 电池的储氢合金应当满足的条件 电化学储氢容量大，且在较宽的温度范围内，电化学容量变化小；平台压力适中。 储氢合金对氢的阳极氧化有电催化作用。 在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金有较强的抗氧化的能力。 在碱性电解质溶液中，合金的化学性能稳定性好，耐腐蚀。 在反复充放电过程中，储氢材料的结构和性能保持稳定，电极寿命长。 储氢合金具有良好的电和热传导性。 原材料来源丰富，价格便宜，无污染。
27. 几种锌锰电池隔膜 糊式电池：电糊（电解液、稠化剂、缓蚀剂） 锌型、铵型电池：浆层纸 碱性电池：复合膜
【镉镍电池】
28. 正极负极电极反应 优缺点 电压 镉电极的反应机理 正极反应：
负极反应：
电池反应：
优点：使用寿命长，自放电小，使用温度范围广，耐过充过放，放电电压平稳，
机械性能好。
缺点：活性物质利用率低，负极镉有毒，电池长期浅充放循环时有记忆效应。
36. 低压氢镍电池 正极负极电解液 优缺点
以储氢合金为负极、
为正极、氢氧化钾为电解液。
优点：较高的比能量，耐过充、过放能力强，循环寿命长，无毒及不使用贵金属。
缺Байду номын сангаас：自放电较大。
37. 高压氢-镍电池的工作原理 负极： 正极： 电池：
电极反应
38. 高压氢-镍电池的失效的主要因素 镍电极膨胀、密封壳体泄漏、电解液再分配。
4. 化学能转变成电能的条件 必须具备两个必要的条件：①化学反应中失去电子的过程（即氧化过程）和得到 电子的过程（即还原过程）必须分隔在两个区域中进行。②物质在进行转变的过 程中电子必须通过外电路。
5. 化学电源基本部件及其作用 任何一个电池都应包括 4 个基本组成部分：电极、电解质、隔离物和外壳。电极 是电池的核心部件；电解质保证正负极间的离子导电作用；隔离物防止电池正极 与负极接触而导致短路；外壳是电池容器。
30. 镉-镍电池充电曲线先升后降的原因 镉镍电池在充电曲线上有一个电压最高点，这是由于充电时正极上生成的 在负 极上被海绵 复合，反应放出大量的热，使电池温度升高，电池电压降低。
31. 什么是电池记忆效应？ 镉镍电池长期进行浅充浅放循环后在进行深放电时，表现出明显的容量损失和放 电电压的下降，经数次全充放电循环后，电性能还可以得到恢复，这种现象称为 记忆效应。
8. 化学电源的分类 按工作性质分类 按电解质性质分类 按使用电解液的类型分类：酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质溶液电 池、固体电解质电池、熔融盐电解质电池。 按工作性质及储存方式分类：一次电池、二次电池、储备电池、燃料电池。
9. 电池的电动势和开路电压 在外电路开路时，即没有电流流过电池时，正负电极之间的平衡电极电势之差称 为电池的电动势。 电池的开路电压是两极间所连接的外线路处于断路时两极间的电势差。
镉镍电池的标准电动势为 1.299V，标称电压为 1.2V。
镉电极的反应机理：溶解-沉积机理。放电时 阳极氧化后以
的形式进
入溶液的，然后再形成
沉积在电极上。镉电极在放电过程中，其过电势
逐渐增大，因此放电电势逐渐变正。极化的产生主要是由于中间产物的积累而造
成的，也就是由于 的迁移阻力造成的。
29. 镉-镍电池的密封原理 重要 镉镍电池中隔电极在碱液中不发生自溶解而析出氢气，同时由于氢气在隔上析出 的过电势较高，在充电过程中，只要适当控制充电电流密度和温度等条件，隔电 极上就不会析出氢气，充电效率高。另外，负极海绵状金属镉具有很强的氧化合 能力，正极充电或自放电产生的氧气，只要扩散到负极，就很容易与 进行化学 反应或电化学反应而被吸收掉。 化学反应： 电化学反应：
从晶型结构来讲，γ
的性能应最好，极化小，放出的容量大。
分类：
天然 （NMD）、化学 （CMD）、电解 （EMD）
硬锰矿（α
）、软锰矿（β
）、斜方锰矿（γ
）、水锰
矿（γ
）。
26. 锌的腐蚀原理及防护 锌电极的电势比氢电极的电势更负，因此氢离子的还原和锌的阳极溶解构成腐蚀 过程的一对共轭反应；锌电极含有杂质，表面不均匀，因此构成数目繁多的微电 池系统，使锌被自溶解。 防护：①加入汞，使得锌表面汞齐化，提高氢的析出超电势；②加入锌合金或代 汞缓蚀剂。