化学电源应用的研究

化学电源的研究

姓名：郭来

学校：林西一中

化学电源应用的研究

【摘要】：近些年来，随着能源危机和环境污染的日益加重，使节能减排，发展可再生环境友好和清洁、无污染的低碳能源迅速成为国际研究与开发的热点和重点。将以新型低碳化学电源相关基础科学问题和关键技术为主要研究方向，着力开展高性能长寿命电池材料及其制备技术、新型关键部件制备技术、智能化电能转化装置集成技术的研发。

【关键词】：化学电池新型化学电源废电池环境污染综合利用能源是人类社会发展的重要物质基础，随着人类社会的进步和生活水平的提高，不仅消耗能量将急剧增加，而且需要提供能量的方式更加多样化。化学电源作为通过化学反应获得电能的一种装置，不仅种类繁多、形式多样，而且可以是再生性能源，由于它自身的特点，所以有着其它能源所不可替代的重要位置。化学电源的广泛使用是人类科学技术进步的需要，是人类物质文明提高的需要。二者的迅速发展也促进化学电源的生产与研究的迅速发展。

【正文】：

一、化学电源的起源与发展

化学电源又称电池，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。

世界上第一个

电池（伏打电池）是

在1800年由意大利

人Alessandro Volta

发明的。这个电池由

铜片和锌片交叠而

成，中间隔以浸透盐

水的毛呢。电池的发

展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。但在第二次世界大战之后，电池技术又进入快速发展时期。首先是为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍-镉电池的密封化。1958年Harris 提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑，研究重点转向蓄电池。镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。

随着人们环保意识的日益增加，铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之一。1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂离子电池实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池，（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年开始商品化。现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP4、MP5、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。

二、化学电源的特点

（1）能量转换效率高：如果把化学电源与当今人类普遍利用获取电能的手段——火力发电相比较，其功率和规模确实远不及后者；然而就其能量转换效率而言，远远高于火力发电。从理论上讲可以达到100%。因为火力发电属于间接发电，能量转换环节多，受热机卡诺循环的限制，效率很低，约有60～70%的热量白白浪费。而化学电源是直接发电装置，以燃料电池为例，实际效率在60%以上，在考虑能量综合利用时其实际效率高于80%。

（2）污染相对较少：化学电源与通过直接燃烧石油、天然气、煤气获取能量方式相比，产生的环境污染少，这是它的又一特点。我们知道，随着工业生产的发展，能源的不合理使用，已经并且正在继续不断地加重着环境污染。石油、

煤炭、天然气燃烧时会排出大量的SO2和气溶胶微粒。面对着严重大气污染，人类发出“保护大气就是爱惜生命”的呼吁。为此世界各国正在积极研制电动汽车，以达到环保要求，现已有部分样车在运行。

（3）便于使用：化学电源的特点还在于具有可携带性、使用方便。可以做成适合不同工作需要的多种性能的装置，从而为一些用于特殊目的的设备提供电能，这是其它供电方式无法比拟的。

三、化学电源的分类

一次电源：按活性物

质在电池中使用的特点

分类—活性物质只能使

用一次的,称为一次电池

或原电池。

特点：这种电池在

放电时,活性物质不断消

耗,直到电池反应不能再

进行,电池停止工作为

止。

二次电池：如锌一

二氧化锰电池、锌一氧化汞电池、锌一空气电池、锉一卤化物电池‘锉一碘电池等—活性物质可反复多次使用的,称为二次电池或蓄电池。

特点：这种电池在放电后,可通过充电,使活性物质恢复原来状态,以便再次放电。

燃料电池：

如铅一酸蓄电池、

镍福蓄电池、镍一

氢蓄电池、铁一镍

蓄电池、锌一银蓄

电池等—电池在

工作时,需连续不

断从外部加入活

性物质的,称为燃

料电池。

特点：它象一个发电机,一面不断加入燃料,一面不停发电如氢氧燃料电池、麟燃料电池、甲醉空气燃料电池等。—电池在贮存时,活性物质不与电解质直接接触,或者电解质不导电,不发生电池反应,电池不工作,电池在使用时,只有临时加入电解液,或用某种方法使电解液导电称为激活,如采

用热方法使电解质熔融导电的称为热激

活,发生电池反应,电池才开始工作,这

种电池称为储备电池,如钙铬酸钙电池、

铝化锉二硫化铁电池、钙五氧化二钒电

池、镁二氧化钨电池等。

电解液分类有酸性电池（如铅酸电池

等）和碱性电池如（碱性银电池、镍锅

电池、镍氢电池等）；按活性物

质分类有锰干电池、水银电池、

氧化银电池、铅电池、镍树电池、

镍氢电池、锌镍电池、铁镍电池、

锌银电池、理电池、锉离子电池

等按结构形式分类有圆柱形电