完整版 化学电源PPT课件

其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电
池……
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（四）新型锂电池
2009年3月12日消息，美国麻省理工学院两位 科学家正在研发一种超级电池，只需花10秒 钟就可为手机充电，预计可立刻为电动车加 速，或在数分钟内为手提电脑充电，并有助 发展新一代超轻便手机。这两位科学家11日 在英国《自然》杂志发表一份研究报告，他 们表示发明了一种新技术，可望研制出世上 最强力的小型锂电池。
工作原理
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燃料电池的规律
①燃料做负极，助燃剂氧气为正极
②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电 子的作用。
燃料电池与前几种电池的差别：
①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；
②反应产物不断排出；
③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%， 有利于节约能源。
缺点：体积较大、附属设备较多 优点：能量转换率高、清洁、对环境好
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（三）、燃料电池——氢氧燃料电池
• (-) Pt│H2│H+│O2│Pt (+) • 负极(Pt)：2H2-4e-=4H+ • 正极(Pt)：O2+4H++4e-=2H2O • 电池总反应：2H2+O2=2H2O
• (-) Pt│H2│OH-│O2│Pt (+) • 负极(Pt)：2H2-4e-+4OH-=4H2O • 正极(Pt)：O2+2H2O+4e-=4OH• 电池总反应：2H2+O2=2H2O
电化学基础
第六章 化学电源
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一.化学电源的发展 化学电源是将物质化学反应产生的能量直接转换成 电能的一种装置。 ①．1859 年 普朗克（Pantle） 试制成功化成式铅酸 电池 ②．1868 年 勒克朗谢（Lelanche）研制成功以 NH4Cl 为电解液的Zn-MnO2 电池 ③．1888 年 加斯纳（Gassner）制出了Zn-MnO2 干 电池 ④．1895 年 琼格（Junger）发明Cd-Ni 电池 ⑤．1900 年 爱迪生（Edison）创制了Fe-Ni 蓄电池
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2. 电解质
它有两个作用，一是参加电化学反应；二是保证电池 内部电极间的导电，这种导电与外回路不同，它是离子导 电。
对有些电池而言，电解质只是参加电池反应的中间过 程，而其本身并不消耗（Zn－O2电池中的HOH)，但有些 电池却要消耗电解质（铅酸蓄电池中的H2SO4)。在设计电 池时应注意到。
3. 隔膜 隔膜的作用是防止正负极活性物质的直接接触，否则
=PbSO4+2H2O • 电池总反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
工作原理
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铅蓄电池的充放电过程：
充电
2PbSO4(s)+2H2O(l) 放电 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
铅蓄电池的优缺点简析：
缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境 优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安 全可靠、价格低廉 其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子 电池、聚合物锂离子蓄电池……
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
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• (-) 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：
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（一）、一次电池——原电池
• (-)Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2,C(+)
• 负极(Zn)： Zn–2e- =Zn2+ （氧化反应）
• 正极(MnO2和C)： 2MnO2+ 2NH4+ +2e-
=2MnOOH+2NH3 （还原反应）
• 电池总反应： Zn+2MnO2+2NH4Cl
=2MnOOH+ ZnCl2+2NH3
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：
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（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
电池外壳作为容器，应耐腐蚀，且具有一定的强度。 三 化学电源的分类：
化学电源分类的方法很多，通常有如下几种：
1. 在化学反映的过程中，电子的得失，必须分别在两个
不同的区域进行，即失电子氧化在负极，得电子还 原在正极。
2. 化学变化过程中电子的传递，必须经过外回路。 3. 两极之间应具有离子导电性物质—电解质。所以，
一个电池不可缺少的组成部分应有：正极，负极，电 解质，隔膜，电池外壳及其它配件。
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对于实用的电池来说，除了正极，负极和电解质外，
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二十世纪四、五十年代以后电池发展更加迅速 60 年代：“双子星座”和“阿波罗”飞船应用培根 H2-O2 燃料电池 70 年代：中东战争 能源危机 燃料电池、钠硫电池 、锂－硫化铁电池得到广泛发展 80 年代：贮氢材料的突破 氢镍电池 90 年代：嵌入化合物 锂离子电池
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二. 化学电源基本知识 1.1化学电源的组成 化学电源是一种能把化学能直接转化为电能的装置， 通常被称为电池。在实现化学能 转变为电能的过程中，必 须具备以下条件：
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。
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（1）原电池
（2）蓄电池 （3）储备电池：该电池在存放期间不加电解质溶液，在使 用时临时加入电解质活化。例如：Zn－O2电池
（4） 燃料电池：是一种能连续地把燃料的化学能变为电 能的装置。即只要连续不断地将燃料（反应物）或电解质 通如电池中，电池就能连续不断地反应而产生电能。例如： H2－O2燃料电池。
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。
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（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-