第二章电化学电源_ppt

电解液一般放电前pH为4.6, 所以锌负极 =-0.76V。
正极的反应比较复杂。
二、碱锰干电池
(-)Zn(Hg)|NaOH或KOH(30%-40%)水溶液+Zn|MnO2,C(+)
三、高铵型锌锰电池
(-)Zn|NH4Cl|MnO2(+) 负：Zn+2NH4Cl-2e→Zn(NH3)2Cl2↓+2H+
一、铅酸蓄电池
Pb(s)|H2SO4|PbO2|Pb 放电：负：Pb+SO42- -2e→PbSO4+2H2O 正：PbO2+SO42-+4H++2e →2PbSO4+2H2O 反应：Pb+PbO2+H2SO4= 2PbSO4+2H2O
充电：负：PbSO4(s)+2e→Pb+SO42正：PbSO4(s)+2H2O-2e→PbO2+SO42-+4H+ 反应： 2PbSO4+2H2O→Pb+2H2SO4+PbO2 (-)Pb(s)|H2SO4|PbO2(+) 负：Pb+HSO4--2e = PbSO4+H+ 正：PbO2+3H++HSO4-+2e = PbSO4+2H2O
四、电池的容量、能量和效率。 1、电池的容量(C) ：电池在一定的放电条件下所能提供的电能， 供电量。A· h或者mA· h 分类： (1)理论容量：假定电池的活性物质全部参与成流反应，根据法 拉第定律C=nzF计算出的容量（F=26.8mA•h•mol-1） (2)实际容量：是指电池在某实际的放电过程中放出的容量。 (3)额定容量：是指电池在给定的放电条件下所应保证放出的最 底容量。 (4)比容量：单位质量或单位体积所放出的容量，分别称为质量 比容量或者体积比容量。
(1)电动势要高，至少为1V。
(2)当电池负载时，极化要小。 (3)外壳寿命要长。 (4)电池容量对体积或质量或价格的比值要大。即性价比 高。
一、锌锰干电池
(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合液|MnO2,C(+)
(-)Zn+2Cl-→2e→ZnCl2(含水) 电势随电解液pH值变化 pH=1.3-3.85 =-0.465-0.0733pH （ = -0.56 ~ -0.75V） pH=3.9-5.0 =-0.392-0.0916pH （ = -0.75 ~ -0.85V）
优点： （1）电压高，开路电压3.6—3.8V,工作电压3.6V左右。 （2）能量高，相当于Ni—Cd电池的两倍，Ni—MH电池的 1.5倍。 （3）循环寿命长，多数已达1000次。 （4）安全性能好、无公害、无记忆效应。 （5）自放电小，温室每月放电率小于10%。 （6）工作温度范围高，通常能在-20-60℃下工作
放电 2PbSO 4 +2H 2O 电池：Pb+PbO 2 +H 2SO 4 充电
铅酸蓄电池的主要特点：
（1）可以大电流放电，是目前使用的二次电池中放电 电流最大的电池； （2）具有广泛的适用性，可以在很宽的稳定范围内提 供较大的电流； （3）具有较强的使用寿命，一般可以使用300个左右的 循环周期； （4）电池电动势较高，每个单体电池为2V； （5）具有较高的性价比，价格便宜，原材料来源丰富， 制造工艺简单。
反应：正极：P1+ne→P2 负极： N1-ne→N2 总反应：P1+N1→N2+P2
§2.2 化学电源的性能指标
一、电池电动势与开路电压 1、电池的电动势：是电池两极的平衡电极电势之差。不能用 伏特来测量，用经典的“波根多夫对消法”或计算出来。 2、开路电压：是指电池的外电路中无电流通过时，电池两端 的电势差，是一个可以实际测量的数值。一般小于电池的电 动势。 二、电池的内阻： 是指电流通过电池时所受到的阻力，又称全内阻，包括欧 姆电阻和极化电阻。 三、电池的工作电压（放电电压） 指电池在工作状态下，即有电流通过电池外电路时，电池两 极间的电势差小于开路电压。
第二章 电化学电源
电化学在工业上的应用：
电解池的应用、电镀、电解冶炼等原电池的应用、 化学电源、飞机、卫星、飞船等等。所有的机动 车辆上都安装有蓄电池，用于启动点火、照明或 动力能源，大型发电站使用大型的电池组储存电 能、调节电能的传输、卫星收录机、移动电话、 计算机等等。
§2.1 化学电源的电化学过程
作为LIB电解液应满足的条件：
(1)电化学性能稳定，电势范围宽。
(2)电解液与电极材料、隔膜等相容性要好，化学稳定性要 高。
(3)电解质的理解性要好，电解液的电导率高。
(4)具有较宽的可以稳定工作的温度适用范围。
5、电极反应
C为负极： LiCx = MLi++xC+ne LiCoO2为正极： Li1-xCoO2+nLi++ne = LiCoO2 电池反应： LinCx+Li1-xCoO2 = LiCoO2+xC
缺点： （1）电池组装需特殊工艺以实现电池的过充放电保护。 （2）成本偏高，主要原因在于正极活性物质 LiCoO2等材料 的使用。 （3）大电流放电受到限制。 （4）多工作和生产环境的温度和湿度等条件要求高。
2、LIB的负极材料
要求： （1）对Li有较高的嵌入量。 （2）对Li+的嵌入、嵌出有很好的可逆性，反应速度快， 电极电势低而且平坦；
正：2MnO2+2H++2e→2MnOOH
电池： Zn+2NH4Cl+2MnO2→Zn(NH3)2Cl2↓+2MnOOH
§2.4 二次电池
二次电池需要满足三条件：
(1)电池反应必须可逆
(2)只采用一种电解质溶液
(3)放电生成难溶于电解液的固体产物，以避免充 电时过早产生枝晶和两极产物的相互转移。
九、锂离子二次电池[LIB]
近年来发展起来的新兴高能量的二次电池是摄像机、移
动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪器等电子装置小型 化、轻型化的理想电源，是未来电动车、航天领域使用的 高能量原电池的首选。
1、特点
LIB正负极材料为层状结构，充电时，Li+从正极脱嵌而进
入负极； 放电时，Li+又以负极材料中脱嵌而进入正极 ； 电解液采用电解质LiClO4、LiPF6或LiAsF6溶解于有机溶 剂中形成。
一、电池类型 1、化学电池 (1)一次电池（原电池） (2)二次电池（蓄电池）
(3)燃料电池（一次燃料电池）（再生型燃料电池）
2、物理电池（物理电源） (1)太阳能电池 (2)原子能电池 (3)热电发生器 活性物质：化学电池中，发生氧化还原反应放出能量的物 质称为活性物质。
二、化学电池的反应：
化学电池由正、负极、电解质溶液三部分构成。 例如：
（3）低的电化当量，高的热稳定性和化学稳定性。
（4）易与加工成型，而且充电放电时结构变化小。 （5）使用安全、无公害、材料易得、价格低廉。
3、LIB的正极材料
主要有：LiCoO2;LiNiO2; LiMn2O4 LiNixCO1-xO2; （1）LiCoO2
作为正极材料，具有电压高，放电平稳，适合大电流放电， 比能量高，循环性能好等优点,生产工艺简单和电化学性质稳定 等优势，是最早被商品化的LIB正极。 （2）LiNiO2 是继LiCoO2后研究较多的层状化学物，特点是无污染，对 电解液要求低，实际容量为274mA• h/g实际可以达到 200220mA• h/g。与LiCoO2相比原料市场丰富，价格低廉，结构同 属α-NaFeO2 ，取代容易。
Ag2O+Zn+H2O = 2Ag+Zn(OH)2
六、镉—氧化银蓄电池
(-)Cd|KOH| AgO|Ag (+) 2AgO+CdO+Cd+H2O = 2Ag+Cd(OH)2
七、空气—锌蓄电池
(-)Zn|KOH|O2(Pt)(+) (-)Zn+2OH--2e→ZnO+H2O (+) O2+2H2O+4e→4OH电池：O2+2Zn→2ZnO
八、镍—氢蓄电池
(-)MH|KOH|NiOOH(+) 负：MH+OH--e = M+H2O 正：NiOOH+H2O+e = Ni(OH)2+OH电池：MH+NiOOH = Ni(OH)2+M
M：表示贮存氢气合金材料，MH即为其金属氢化物。
2NiOOH+H2 = 2Ni(OH)2 完全可以作为镍镉电池的换代产品，而且与镍镉电池相比， 镍氢电池具有一定优势。
电池：2NiOOH+Zn+2H2O = 2Ni(OH)2+Zn(OH)2
五、锌—氧化银蓄电池
(-)Zn|KOH|AgO|Ag (+)
负： (-)Zn+2OH--2e = Zn(OH)2 正： (+)2AgO+H2O+2e = Ag2O+2OHAg2O+H2O+2e = 2Ag+2OH电池：2AgO+Zn+H2O = Ag2O+Zn(OH)2
负： 正： (-)Fe+2OH-- 2e = Fe(OH)2 (+)2NiOOH+H2O+e = Ni(OH)2+OH-
电池： 2NiOOH+Fe+2H2O = 2Ni(OH)2+Fe
圆柱密封 Ni/Cd 电池结构
四、镍—锌蓄电池
(-)Zn|KOH|NiOOH|(+)
负： 正： (-)Zn+2OH-- 2e = Zn(OH)2 = ZnO+H2O (+)2NiOOH+H2O+e = Ni(OH)2+OH-