电化学原理李狄 第十章化学电源

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电化学原理 教学大纲

电化学原理  教学大纲

电化学原理一、课程说明课程编号:050108Z10课程名称:电化学原理/Theory of Electrochemistry课程类别:专业选修课学时/学分:40/2.5先修课程:物理化学、无机化学、电学适用专业:冶金工程,新能源材料与器件教材、教学参考书:1、郭鹤桐,《电化学教程》,天津:天津大学出版社,20002、李荻,《电化学原理》,北京:北京航空航天大学出版社,19993、蒋汉瀛,《冶金电化学》,北京:冶金工业出版社,19834、龚竹青,《理论电化学导论》,长沙:中南工业大学出版社5、查全性,《电极过程动力学导论》,北京:科学出版社,1987二、课程设置的目的意义电化学原理是冶金工程专业核心课程,其任务是使学生了解和掌握电化学基本原理和基本理论,为有色冶金学、电化学研究方法、应用电化学、化学电源、金属腐蚀与防护、电解工艺、电镀及表面处理等课程打下良好的理论基础。

三、课程的基本要求知识要求:理解电化学反应与化学反应的区别;掌握稀电解质溶液的经典理论;掌握电化学反应热力学关于电势的基本概念、电化学反应平衡的条件;掌握电极/溶液界面性质、双电层结构理论和研究双电层结构的基本方法;掌握电极过程动力学基本规律和特征;学会用电化学基本原理分析具体电极反应过程。

能力要求:通过该课程的学习,使学生能够利用电化学基本原理分析冶金过程和电化学工业的工程问题,设计实验、分析与解释数据,以获得有效结论,并能够将专业知识用于解决复杂工程问题,具备一定的设计解决方案以解决复杂工程问题的能力。

素质要求:通过课程中的分析、讨论、培养分析沟通交流素质,课外导学的模式提升自主学习和终身学习的意识,形成不断学习和适应发展素质。

四、教学内容、重点难点及教学设计注:实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无实践教学安排六、考核方式及成绩评定本课程期末集中考核采用笔试进行,平时成绩采用课堂考勤、课外阅读、作业测评、平时测试、课内讨论等方式考核。

2024年化学电源课件

2024年化学电源课件

化学电源课件一、引言化学电源作为一种能量转换和储存的装置,在现代社会中发挥着至关重要的作用。

随着科学技术的不断发展,化学电源的种类和应用领域也在不断拓展。

本课件旨在介绍化学电源的基本原理、主要类型、工作原理及其在各个领域的应用,以帮助读者更好地了解化学电源的重要性和发展前景。

二、化学电源的基本原理化学电源是利用化学反应将化学能转化为电能的装置。

在化学电源中,正极和负极之间通过电解质进行离子传递,从而产生电流。

化学电源的基本原理可以概括为两个主要过程:氧化还原反应和离子传递。

氧化还原反应是化学电源中最重要的反应之一。

在电池的正极,发生氧化反应,即正极材料失去电子,形成正离子;而在负极,发生还原反应,即负极材料获得电子,形成负离子。

这两个反应共同驱动电子从负极流向正极,形成电流。

离子传递是化学电源中的另一个重要过程。

在电池的电解质中,正离子和负离子通过电解质的传导作用,从正极向负极移动,以维持电荷平衡。

这种离子的传递过程使得电子能够在电池中形成一个闭合的回路,从而产生持续的电流。

三、化学电源的主要类型1.原电池:原电池是一种将化学能直接转化为电能的电源,如干电池、碱性电池等。

原电池通常是一次性使用的,其内部化学反应是不可逆的。

2.二次电池:二次电池是一种可以反复充放电的电源,如铅酸电池、锂离子电池等。

二次电池的内部化学反应是可逆的,可以通过充电过程将电能转化为化学能,通过放电过程将化学能转化为电能。

3.燃料电池:燃料电池是一种将燃料和氧气通过化学反应转化为电能的电源,如氢燃料电池、甲醇燃料电池等。

燃料电池具有高能量密度和低污染排放的优点,被广泛应用于电动汽车和便携式电源等领域。

4.太阳能电池:太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的电源,如硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。

太阳能电池具有清洁、可再生的特点,被广泛应用于太阳能发电和光伏建筑一体化等领域。

四、化学电源的工作原理化学电源的工作原理主要基于氧化还原反应和离子传递。

李狄电化学原理第十章金属阳极过程

李狄电化学原理第十章金属阳极过程
生成固相反应产物也并不构成出现钝态的充分 条件,即并非任何固态产物都能导致钝态的出 现
只有那些直接在金属表面上生成的、致密的金 属氧化合物(或其他盐)层才有可能导致出现 钝态
13
实验依据
将钝化了的金属表面用很小的阴极电流进行活 化。并根据阴极电量计算电极表面上的固态反 应物的数量及平均覆盖厚度。
第十章 金属的阳极过程
1
本章重点 金属阳极过程的特点 金属钝化的原因 影响金属阳极过程的主要因素 钝态金属的活化
2
第一节 金属阳极过程的特点
金属作为反应物发生氧化反应的电极过 程
“正常的”的阳极溶解过程,在这一阶 段中直接生成溶液中的金属离子:通常 服从电化学极化规律。
阳极反应中生成不溶性的反应产物并常 出现与此有关的钝化现象:失去电化学 活性,阳极溶解速 度非常小。
8
具有活化-钝化转变行为的金属的典型阳极极化 曲线
9
10
与钝化有关的概念
钝态 passive state,passivity 钝化 passivation 钝化膜 passive film 初始钝化电位,致钝电位 primary passive
potential 过钝化电位 transpassive potential
11
第二节 金属的钝化
成相膜理论 当金属阳极溶解时,可以在金属表面生
成一层致密的、覆盖得很好的固体产物 薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层, 把金属表面与介质隔离开来,阻碍阳极 过程的进行,导致金属溶解速度大大降 低,使金属进入钝态。
12
成相膜理论
在电极表面上生成固态反应物膜的前提是在电 极反应中能生成固态反应产物
17
第三节 影响金属阳极过程的主要因素

电化学原理_(李狄_著)北航出版社_课后1-7章习题参考答案

电化学原理_(李狄_著)北航出版社_课后1-7章习题参考答案

电化学原理第一章习题答案1、解:2266KCl KCl H O H O 0.001141.31.010142.31010001000c K K K K cm 11λ−−−−×=+=+=+×=×Ω溶液 2、解:E V Fi i =λ,FE V i i λ=,,, 10288.0−⋅=+s cm V H 10050.0−⋅=+s cm V K 10051.0−⋅=−s cm V Cl 3、解:,62.550121,,,,2−−⋅Ω=−+=eq cm KCl o HCl o KOH o O H o λλλλ2O c c c ,c 1.004H H +−====设故,2,811c5.510cm 1000o H O λκ−−−==×Ω4、(1)121,,Cl ,t t 1,t 76.33mol (KCl o KCl o Cl cm λλλλλ−−−−+−+−=++=∴==Ω⋅∵中)121121121,K ,Na ,Cl 73.49mol 50.14mol 76.31mol (NaCl o o o cm cm cm λλλ++−−−−−−−=Ω⋅=Ω⋅=Ω⋅同理:,,中)(2)由上述结果可知: 121Cl ,Na ,121Cl ,K ,mol 45.126mol 82.142−−−−⋅Ω=+⋅Ω=+−+−+cm cm o o o o λλλλ,在KCl 与NaCl 溶液中−Cl ,o λ相等,所以证明离子独立移动定律的正确性;(3) vs cm vs cm u vs cm u F u a o o l o l o i o /1020.5,/1062.7,/1091.7,/24N ,24K ,24C ,C ,,−−−×=×=×==++−−λλ5、解:Cu(OH)2== Cu 2++2OH -,设=y ;2Cu c +OH c −=2y 则K S =4y 3因为u=Σu i =KH 2O+10-3[y λCu 2++2y λOH -]以o λ代替λ(稀溶液)代入上式,求得y=1.36×10-4mol/dm 3所以Ks=4y 3=1.006×10-11 (mol/dm 3)36、解: ==+,令=y ,3AgIO +Ag −3IO Ag c +3IO c −=y ,则=y S K 2,K=i K ∑=+(y O H K 2310−+Ag λ+y −3IO λ)作为无限稀溶液处理,用0λ代替,=+y O H K 2310−3AgIO λ则:y=43651074.1104.68101.11030.1−−−×=××−×L mol /;∴= y S K 2=3.03810−×2)/(L mol 7、解:HAc o ,λ=HCl o ,λ+NaAc o ,λ-NaCl o ,λ=390.7,121−−⋅Ωeq cm HAc o ,λ=9.02121−−⋅Ωeq cm ∴α0/λλ==0.023,==1.69αK _2)1/(V αα−510−×8、解:由欧姆定律IR=iS KS l ⋅=K il,∵K=1000c λ,∴IR=1000il cλ⋅=V 79.05.0126101010533≈××××− 9、解:公式log ±γ=-0.5115||||+Z −Z I (设25)C °(1)±γ=0.9740,I=212i i z m ∑,I=212i i c z ∑,=()±m ++νm −−νm ν1(2)±γ=0.9101,(3)±γ=0.6487,(4)±γ=0.811410、解:=+H a ±γ+H m ,pH=-log =-log (0.209+H a 4.0×)=1.08电化学原理第二章习题答案1、 解:()+2326623Sb O H e Sb H O ++++ ,()−236H H +6e + ,电池:2322323Sb O H Sb H O ++解法一:00G E nF ∆=−83646F =0.0143V ≈,E=+0E 2.36RT F 2232323log H Sb O Sb H OP a a a ==0.0143V0E 解法二:0602.3 2.3log log 6Sb Sb H H RT RT a a F Fϕϕϕ+++=+=+; 2.3log H RTa Fϕ+−=∴000.0143Sb E E ϕϕϕ+−=−===V2解:⑴,(()+22442H O e H O +++ )−224H H +4e + ;电池:22222H O H O +2220022.3log 4H O H O P P RT E E E Fa =+= 查表:0ϕ+=1.229V ,0ϕ−=0.000V ,001.229E V ϕϕ+−∴=−= ⑵视为无限稀释溶液,以浓度代替活度计算()242Sn Sn e ++−+ ,(),电池:32222Fe e Fe ++++ 23422Sn Fe Sn Fe 2+++++ +23422022.3log 2Sn Fe Sn Fe C C RT E E F C C ++++=+=(0.771-0.15)+220.05910.001(0.01)log 20.01(0.001)××=0.6505V ⑶(),,(0.1)Ag Ag m e +−+ ()(1)Ag m e Ag +++ (1)(0.1)Ag m Ag m ++→电池:(1)0(0.1)2.3log Ag m Ag m a RT E E F a ++=+,(其中,=0) 0E 查表:1m 中3AgNO 0.4V γ±=,0.1m 中3AgNO 0.72V γ±=, 2.310.4log0.0440.10.72RT E V F×∴==× 3、 解:2222|(),()|(),Cl Hg Hg Cl s KCl m Cl P Pt ()2222Hg Cl Hg Cl e −−++ ,()222Cl e Cl −++ ,222Hg Cl Hg Cl 2+ 电池:222200002.3log 2Cl Hg Hg Cl P a RT E E E F a ϕϕ+−=+==−∵O 1.35950.2681 1.0914(25C)E V ,∴=−=设 由于E 与无关,故两种溶液中的电动势均为上值Cl a −其他解法:①E ϕϕ+=−−0,亦得出0E ϕϕ+=−−②按Cl a −计算ϕ+,查表得ϕ甘汞,则E ϕϕ+=−甘汞 4、 ⑴解法一:23,(1)|(1)()H Pt H atm HCl a AgNO m Ag +=()222H H e +−+ 222,()Ag e Ag +++ g ,2222H Ag H A ++++ 电池:有E ϕϕϕ+−=−=+,02.3log()AgAgAg RTE m Fϕγ++±∴=−。

应用电化学-1-1-基础知识

应用电化学-1-1-基础知识

荷电粒子基本单元的选取
解法一
(1) Q = nzF =
取基本粒子荷单位电荷:即 1 Au, 1 O2
3 4
1.20 g ×1× 96500 C ⋅ mol− 1 197.0 g ⋅ mol-1 / 3 = 1763 C
Q = 1763 C = 7.05×104 s (2) t = I 0.025 A
0.4 电化学的应用
电化学是一门具有广泛应用领域的重要交叉学科, 电化学是一门具有广泛应用领域的重要交叉学科,在 解决能源、材料、 解决能源、材料、生命以及环境等重大问题上发挥着 重要的作用。 重要的作用。 化学电源(电池、燃料电池) 化学电源(电池、燃料电池) 金属腐蚀与防护(牺牲阳极Mg保护铁管) 金属腐蚀与防护(牺牲阳极Mg保护铁管) Mg保护铁管 电化学表面处理(电镀、抛光) 电化学表面处理(电镀、抛光) 电解冶金(提取Al、Mg,精炼Cu) 电解冶金(提取Al、Mg,精炼Cu) Al Cu 氯碱工业) 无机与有机电合成 (氯碱工业) 环境保护电化学(废水处理) 环境保护电化学(废水处理) 生物电化学(治疗和诊断) 生物电化学(治疗和诊断) 电化学分析(传感器,痕量分析) 电化学分析(传感器,痕量分析)
电解池(electrolytic cell)
电极①:
① ②
与外电源负极相接,是负极。 发生还原反应,是阴极。 Cu2++2e-→Cu(S)
电极②: 电极②:
与外电源正极相接,是正极。 发生氧化反应,是阳极。 Cu(S)→ Cu2++2e-
Faraday’s 法拉第定律 Faraday’s Law
9、20世纪40年代,前苏联科学家弗卢姆金从化学动力学角 度做了大量工作,后来英美科学家在这方面又做了若干奠 基性工作,推动了电化学理论的发展,开始形成以研究电 极反应速率及其影响因素为主要对象的电极过程动力学, 并使之称为现在电化学的主体。 10、20世纪后半期,电化学科学又有了迅速发展,出现了量 子电化学、生物电化学等分支学科。 11、我国在电化学方面做出重要贡献的科学家:中科院院士 査全性、田昭武、田中群,中国工程院院士衣宝廉等。

电化学原理第四版李荻课件

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05
CHAPTER
超级电容器技术与应用
利用电极与电解质界面形成的双电层或电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量。
基本原理
充电速度快、功率密度高、循环寿命长、温度范围宽、绿色环保等。
特点
优点
能量密度高、充放电速度快等。
工作原理
通过电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量,电极材料通常采用金属氧化物或导电聚合物。
充电过程
正极板上的二氧化铅和负极板上的铅在电解液的作用下,分别生成硫酸铅和水,同时有电子在外电路中流动,形成充电电流。
放电过程
硫酸铅和水在正极板和负极板上分别还原成二氧化铅和铅,同时有电子在外电路中流动,形成放电电流。
镍镉电池
01
以氢氧化镍作为正极,氢氧化镉作为负极的一种碱性蓄电池。具有大电流放电特性好、耐过充和过度放电等优点,但存在记忆效应和环保问题。
在放电过程中,铝阳极与水和电解质中的氢氧根离子发生反应生成氢氧化铝和氢气,同时释放出电子产生电流;空气中的氧气在阴极接受电子被还原成氢氧根离子。充电时,逆向反应进行,氢氧化铝得电子被还原成铝沉积在阳极上。
优缺点
铝空气电池具有高的理论比能量、低成本和环境友好等优点;但是存在铝阳极自腐蚀、氢氧化铝沉积等问题导致电池性能衰减。
铂、钯等贵金属具有良好的催化活性和稳定性,广泛应用于燃料电池、有机合成等领域。
铂族金属催化剂
通过合金化可以改善贵金属的催化性能和降低成本,如铂钌合金、铂铑合金等。
贵金属合金催化剂
纳米级贵金属催化剂具有高比表面积和优异的催化活性,应用于电催化、光催化等领域。
贵金属纳米催化剂
03
非贵金属氮化物催化剂

最新电化学原理要点讲解学习精品课件

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• 对于质子参与的电化学过程: • ΔE0’=(-0.058/n) *ΔpH (n为质子数)
• 即对于有一个质子参与的电化学反应,溶 液pH每增加1,其表观(biǎo ɡuān)电极电 位移动的理论数值为-0.058 V
第二十九页,共42页。
pH梯度(tī dù)实验
Q:已知其电位随pH的变 化为-0.032 V/pH, 那么 几个质子参与(cānyù)其中? A:
析…循环伏安/计时安培/交流阻抗 (zǔkàng)…) • 色谱分析(液相/气相)
第十一页,共42页。
二、电化学的基本原理
第十二页,共42页。
原电池与电解池
原电池:能自发地将化学能转化(zhuǎnhuà)为电能 电解池:需要消耗外部电源提供的电能,使电池内部发生化学反

第十三页,共42页。
无/有液体接界(jiē jiè)电池
循环(xúnhuán)伏安法的适 用范围
• 研究一个(yī ɡè)新物质的电化学性质时的 首选
• 用于电极反应的性质、机理和电极过程动 力学参数的研究
• 可用于定量分析 • 其他
第三十五页,共42页。
其他(qítā)电化学方法
• 示差脉冲伏安(fú ān)法(DPV) • 方波伏安(fú ān)法(SWV) • 交流阻抗法( EIS ) • 计时安培法 • ……
第三十六页,共42页。
更灵敏(línɡ mǐn)的检测方 法
循环伏安法
检测限10-5 mol/L
改变(gǎibiàn)加载 电位的波形
示差脉冲伏安法(DPV) 方波伏安法(SWV)
检测限10-8 mol/L 扫描速率快
第三十七页,共42页。
示差脉冲(màichōng)伏安法DPV Differential-Pulse Voltammetry

电化学原理(课件PPT)

电化学原理(课件PPT)

原电池的负极→ 失去电子→电子流出→ 发生氧化反应 →氧化还原反应中的还原剂 原电池的正极→ 得到电子→电子流入→ 发生还原反应 →氧化还原反应中的氧化剂
电解池的阳极→ 失去电子→电子流出→ 发生氧化反应 电解池的阴极→ 得到电子→电子流入→ 发生还原反应
把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中, 用导线两两连接,可以组成各种原电池,若a、 b相连时,a为负极;若c、d相连时,d极表面 有气泡冒出;另将a投入c的盐溶液中,a的 表面有c析出;若将b投入d的盐溶液中, 无明显现象。则四种金属的活动性由强到弱 为( )
考点八:氯碱工业
在U型管里装人饱和食盐水,用一根碳棒作阳极, 一根铁棒作阴极。接通直流电源。
1.电解饱和食盐水反应原理
阳极反应:2Cl——2e— = Cl2↑
阴极反应:2H+ + 2e— = H2↑
a
b
总反应:2NaCl + 2H2O
2NaOH + Cl2↑+ H2↑
2.离子交换膜法制烧碱
1、电解槽组成: 阳极室:阳极材料为金属钛网,有钛、钌的氧化物涂层,
依反应式找出相关物质的关系式 依电子守恒进行计算。
1、在Cu-Zn原电池中,100mLH2SO4 溶液的浓度为 1mol/L , 若工作一段时间后,从装置中共收集到 1.12L 升气体,则流过导线的电子为———— mol,反应后溶液 的pH值为_________?(溶液体积变化忽略不计)
类题:资料244页举一反三第4题
书写注意事项:
①阴、阳极类似于原电池正、负极,电极反应式通常写离 子方程式,满足电子守恒
②总方程式通常写化学方程式,标条件:电解,若电解 的H+或OH-来自水,则反应物应写成水的形式,若来自 弱电解质,则应写弱电解质的分子形式。
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四、自放电
• 化学电源在不向外输出电流时消耗活性物 质的现象。 • 产生原因:活性物质内与电解质中的杂质 使电池内形成局部电池。这种局部电池造 成了电池内部短路,促进腐蚀,引起自放 电。
锌锰干电池的自放电
• 活性物质锌溶解在电解液中被消耗掉: Zn→Zn2++2e • 同时锌电极表面发生: 2H++2e→H2 • 总反应为:
五、电池的效率(简介)
1、效率表示方法 电池的总效率 0 是指电池中化学反应放出的总能 量与转变为电功的能量之比 0 i v f

G 100% • 最大热效率 i H
• 电压效率
V v 100% E
I • 法拉第电流效率 f 100% Im
P

t
0
V Idt
Er Q
100%
二次电池的电量效率和能量效率
Q

t1
0 t2
I1 d t I 2 dt
100%
0
P

t1
0 t2
V1 I 1d t V2 I 2d t
100%
0
10.3 电池反应动力学(简介)
• 在固体活性物质—水溶液体系中,电池反 应的速度控制步骤一般有三种:
Zn+ 2H+→ Zn2++H2 ①若为高纯度锌,则锌表面析氢过电位很高, 不会发生自放电。 ②若锌电极表面有铜、铁之类的低析氢过电位 杂质存在,自放电会很容易进行。 ③若电解液中溶解有氧,则发生反应:
4H++O2+4e=2H2O
如何避免自放电
• 活性物质在电解液中的溶解度应该尽可能 小; • 电池体系内应尽可能避免存在容易形成局 部电池的杂质; • 对于自放电剧烈的电池,往往制成注液型 电池,只在使用前才注入电解液。
RT RT I 0 电 ln j ln F F A
RT I 浓 ln( 1 ) nF A jd
电池的极化电阻为:
dV RT RT RT RT RI dI c FI a FI nF ( A jd ,c I ) nF ( A jd ,a I )
△G<0,反应自发进行。
10.2 电池的性能
电池性能的要求:
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; ③活性物质的利用率大; ④维护方便、贮存性及耐久性优异; ⑤价格低廉。
一、电池电动势
正负极电极电位:
RT aP1 ln nF aP 2
0
反应机理
• 一般认为,首先在负极Zn上发生: Zn+2Cl-→ZnCl2含水+2e 该反应的电位随电解液pH值变化 在pH值为1.3~3.85范围内E=-0.4650.0733pH (E=-0.56~-0.85V) 在pH值为3.9~5.0范围内E=-0.3920.0916pH (E=-0.75~-0.85V)
• 电池欧姆内阻RI由电极、活性物质和电解质溶液 中的欧姆电阻组成。 • 大致包括: ①活性物质为电子导体,本身作电极使用的电阻 ②惰性电极与活性物质接触形成接触欧姆电阻 ③充、放电反应过程中反应物或产物也会产生电阻,
且电阻大小不断变化
④电解液的电阻
引起极化的主要原因
• 反应前后在电解质溶液和固体活性物质中 都有物质的迁移。在活性物质中反应物粒 子或产物粒子的迁移速度比在电解液中的 要慢得多,从而引起极化。 • 解决办法: 电池反应伴有化学反应过程时添加催 化剂,在电极上添加催化剂,提高电池工 作温度,减小电池的内阻
第十章
化学电源
L/O/G/O
冶金工程
高萌
目录
电池类型与电池反应 电池的性能 电池反应动力学 一次电池 二次电池
10.1 电池类型与电池反应
一、电池类型 利用物质的化学变化或物理变化,并把这 些变化所释放出来的能量直接转变成电能 的装置,叫做电池。
• 化学电池:把化学反应产生的能量转换成 电能的装置 • 物理电池:把物理反应产生的能量转换成 电能的装置
分类
蓄电池 原电池 (二次电池) 燃料电池
(一次电池)
原子能电池 太阳能电 池 热电发电器
化学电池
物理电池
活性物质
• 电池中发生氧化还原反应放出能量的
物质,称为活性物质。 • 活性物质仅能使用一次—一次电池 放电后经充电可继续使用—二次电池
二、化学电池的反应
• 化学电池由正极、负极和电解质构成。 • 电解质:酸性水溶液、碱性水溶液、各种 盐类的中性水溶液,部分非水溶液、融盐 类、固体电解质 • 电极反应: 正极:P1+ne=P2 负极:N1=N2+ne 总反应:P1+N1=N2+P2
三、容量(额定容量)
• 定义:在给定的放电条件下,电池放电至终止电 压时所放出的电量。单位:安时(Ah) • 1安时(Ah)等于用1安培(A)的电流放电1小 时(h)
• 比容量:单位体积的容量或单位质量的容量,为 提高比容量,活性物质电化当量要小。 • 电极活性物质在放电过程中,由于反应生成物对 活性物质放电的影响,往往只有部分活性物质能 发生放电反应。活性物质利用率一般在30%-50% 之间。
• 电解液: 为使电池便于维护,通常使用水溶液 作为电池的电解液
• 特例:强氧化剂F和强还原剂Li,Na等在水 中能与水发生剧烈的氧化还原反应; 它们必须使用非水溶液、融盐类或固 体电解质作为电解质。
二、充、放电过程中的电极极化及端电压随 时间的变化
• 无论电池的电动势有多高,在放电时,电 池的端电压总是要下降,而在充电时又总 是要升高—电池反应的必然规律,影响电 池性能的主要问题
反应机理
正极反应,在很宽的电流范围内放电时: ⑴ MnO1.92→MnO1.7从晶格膨胀到非晶态生成物; ⑵ MnO1.7→ MnO1. 5→ -MnOOH; ⑶ MnO1. 5 →MnO1.33→Mn3O4; ⑷最终产物MnO1.0→Mn(OH)2;
负极反应,在碱性溶液中: Zn+4OH-→Zn(OH)42-+2e • 锌以四羟基锌络离子的形式溶解,当四羟 基锌络离子在溶液中达到饱和时,即变成 氢氧化锌乃至氧化锌: Zn(OH)42-→ Zn(OH)2+2OHZn(OH)2→ZnO+2e
• 分类:开放式、密封式、免维护式 • 结构:Pb|H2SO4|PbO2,Pb 额定电压为2.0V
电动三轮车专 用
UPS及电动摩 托车用
6V、12V起动 用干荷电铅酸 蓄电池
OA型启动系列蓄 电池
电动车用铅酸 电池
蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳组 成 。蓄电池由3只或6只单格电池串联而成, 每只单格电池电压约为2V,串联成6V或12V 以供汽车选用。
表10.3 获得1Ah电量所需的活性物质量
正极活性物质 1Ah所需要的 负极活性物质 1Ah所需要的 活性物质 活性物质
PbO
4.45
Pb
3.87
HgO
MnO2 Ni2O3 AgO O2
4.03
3.24 3.08 2.33 0.30
Cd
Zn AI CH4 H2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2.10
1.22 0.33 0.03 0.04
负极总反应:Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e
10.5 二次电池
• 定义:可反复进行充放电的电池
一、铅酸蓄电池
• 铅酸电池的历史是以1859年法国人普兰特 的研究为开端的,当时普兰特发现,当直 流电通过浸在稀硫酸中的两块铅板时,在 两块铅板上能够重复的产生电动势,他便 以此为基础制成了蓄电池.
• 电池设计的目标是使 v 、 f 为1
2、功率与电流密度的关系
P VI
I Sj
3、极限情况下的最大电功 (1)电池电压与电流成线性关系
Emax=E/2 Imax=E/2m
(2)电池电压与电流密度 成半对数关系
Lnjmax=(E+a-b)/b Emax=b
3、活性物质的利用率 t 0 Idt 100% Q Q 4、电池的能量效率

RT aN1 - ln nF aN 2
0 -
电池的电动势:
RT a P 1a N 1 E - - - ln nF a P 2a N 2
0 0 -
根据电化学热力学可知:
G RT a P 1a N 1 0 EE ln nF nF a P 2a N 2
• 分类:干电池、湿电池、注液电池
使用量最大:锌锰电池 • 糊状干电池(用淀粉或甲基纤维素把NH4Cl 与ZnCl2混合电解液变成凝胶状) • 纸板干电池(把电解液吸附在纸板中) • 碱性干电池(使用吸液性隔膜吸附KOH电 解液)
性能比较
一、锰干电池 • 电池表示:(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合溶液 (淀粉糊化)|MnO2+C(+) • 以二氧化锰为正极,锌为负极,并以氯化 铵水溶液为主电解质,用纸、棉或淀粉等 使电解质凝胶化。 • 用途:照明,携带式收音机,火箭点火等 • 形状:圆筒形、方形、扁平形、纽扣形 单体、多个串联或并联
二、碱锰电池 • (-)Zn(汞齐化)|NaOH或KOH(30%~40%)水 溶液+ZnO|MnO2+石墨(+) • 外壳是正极,中央部位是锌负极,组成反 极结构 正极活性物质:高纯度电解二氧化锰, 并加入鳞片状石墨作为导电剂 电解液:30%的KOH水溶液,其中添 加10%~20%ZnO或Zn(OH)2 外壳:钢制的容器
(1)伴有离子和电子传递的固相反应 (2)反应生成物参与的固、液相反应 (3)反应生成物溶解、再析出反应
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