电化学复习

化学电源E189383164。

1.化学电源构成的必要的条件和主要组成部分

必须具备下述两个必要的条件：（1）必须使化学反应中失去电子的过程(氧化过程)和得到电子的过程(还原过程)分隔在两个区域进行；（2）物质在进行氧化还原的过程中，电子必须通过外电路。

化学电源组成：电极、电解液、隔膜和外壳四个基本部分。

2.化学电源的性能指标有哪些？

电池电动势（E），电池内阻（Ri），电池开路电压（U），电池工作电压（V），放电曲线

电池的容量与比容量，能量和比能量，功率与比功率，自放电与贮存性能，寿命，

3.什么是放电时率和放电倍率？

放电时率：以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数。t = C额/ I放

放电倍率：放电电流为电池额定容量的某一倍数。 = I放/ C额

4.什么是电池的负极腐蚀和正极自放电现象？

负极腐蚀：由于负极多为活泼金属，其标准电极电位比氢电极负，特别是有正电性金属杂质存在时，杂质与负极形成腐蚀微电池。

正极自放电：正极上发生副反应时，消耗正极活性物质，使电池容量下降。

5.引起电池自放电的原因及其减少的措施。

电池的自放电：电池在一定条件下贮存时容量会有所下降，主要是由负极腐蚀和正极自放电引起的。

减少电池的自放电的措施一般采用纯度较高的材料或除去其中有害的杂质，在负极中加入氢过电位高的金属，在电解液中加入缓蚀剂

6.碱性锌锰电池特点。

(1) 放电性能好。容量是普通锌锰电池的5倍以上，且可用于高速率连续放电，属高功率电池。(2) 低温性能好。在低温条件下的放电特性要优于其他水溶液电解质的一次电池，可以在零下40℃的温度下工作。(3) 贮存性能和防漏性能良好。由于这种电池采用钢制外壳，可以提供有效的密封，且电池的自放电小，在20℃的条件下贮存一年容量仅损失5％～10％，贮存三年容量损失10％～20％。

7.二次电池概念、二次电池评价指标中的容量效率、伏特效率、能量效率。

二次电池（蓄电池或可充电电池）：电池放电后可通过充电方法使活性物质复原且充、放电过程能反复多次循环进行的一类电池。

容量效率：在一定条件下二次电池放电时输出的电量和电池充电至原始状态时所需电量的比。

伏特效率：二次电池放电和充电过程的工作电压之比，它反映了放电和充电过程极化的大小。反映电池可逆性

能量效率：容量效率和伏特效率的乘积，是评价电池能量损失和极化行为的综合指标。

8.铅酸蓄电池主要构成。

铅酸蓄电池主要是由正负极板群、电解液、隔板和电池槽及其他零部件组成。

9.铅酸蓄电池中隔板的作用与要求。

隔板：主要作用是防止正负极板上的活性物质(能参加电化学反应的物质)直接接触而造成短路，又能允许电液的离子顺利通过，所以隔板必须既是电子的不良导体，又是离子的良好导体。

10.锂离子电池的工作原理。

锂离子电池分别用两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物作为电池的正极和负极，以高分子聚合物膜作为隔膜，以锂盐的有机溶液作为电解液构成的电池体系。

电池的电化学表达式：（－）LixAzBw∣锂离子导电盐+有机溶剂∣Liy-xMnYm（＋）

充电时：Li十从正极脱嵌并嵌入负极

放电时：Li十从负极→正极

11.锂离子电池正极材料应具备的条件。

1.同负极之间保持一个较大的电位差，从而可以提供高的电池电压。

2.在锂离子所能脱嵌数量的范围内，脱嵌锂的吉布斯自由能改变量小，即锂离子脱嵌量大且电极电位对脱嵌量的依赖性小，以确保锂离子电池工作电压平稳且具有较高的比容量。

3.正极材料在整个电压范围内化学稳定性好，不与电解质等发生反应。

4.从实用角度而言，材料应该比较便宜，对环境无污染，质量轻。

12.锂离子电池负极材料应具备的条件。

贮锂量高（锂能嵌入的空间多）；

锂离子的脱嵌容易且高度可逆（不可逆容量损失要小，反应速度快，电极电势低且平坦）；

Li+的扩散系数大；电子导电率高；

热稳定性、化学稳定性好（充放电时结构变化小）；与电解质相容性好，容易制成适用电极；

使用安全，无公害，材料易得，价格低廉。

13.作为锂离子电池电解质应该满足哪些条件？

良好的离子电导率而不能具有电子导电性，离子电导率要高于10-3S·cm-1数量级；

电解质应具有0~5V的电化学稳定窗口，以满足电解质的稳定性和电极反应单一性；

化学稳定性高，即与电池体系的电极材料如正、负极、集电极、隔膜、胶粘剂等不发生发应；

良好的热稳定性，使用的温度范围尽可能宽；

良好的安全性和尽可能低的毒性；

价格低廉，原料易得。

14.作为燃料电池电催化剂应满足哪些要求？

电催化剂要求：高活性、高选择性，电的良导体，耐受电解质的腐蚀，与电解质、隔膜材料不发生反应。

15.燃料电池中双极板的作用。

双极板：起集流、分隔氧化剂与还原剂作用，并引导氧化剂和还原剂在电池内电极表面流动的导电隔板。

16.燃料电池系统的组成部分。

①电池组；②染料与氧化剂供给分系统；③水、热管理分系统；④输出电能的调整分系统；

⑤自动控制分系统。

电化学传感器

1.电化学传感器的工作原理。

电化学传感器总工作原理：将被测物与敏感材料之间相互作用产生的化学信息转换成可测量的电信号。

2.衡量电化学传感器的性能指标。

电化学传感器的性能指标：灵敏度、选择性、响应时间、准确性、测量范围、温度系数、背景电流和仪器噪声、稳定性、使用寿命等。

3.电化学传感器的背景电流产生原因。

背景电流产生原因：电解液或电极上的杂质；电极的腐蚀；反应物或对电极上的反应产物的扩散。

4.晶体膜电极的组成。

晶体膜电极由电极管、内参比电极、内充液和敏感膜四部分组成。

5.简述CO传感器的工作过程。

(1) 被测气体进入传感器的气室。自由扩散或机械泵入。气体先经过滤器：保护传感器（滤掉被测气体中的颗粒），提高选择性（滤掉电活性干扰物）。

(2) 反应物从气室到达多孔膜，并向电极一电解液界面扩散。多孔膜作用：防止传感器的漏液现象、进一步提高选择性。

(3) 电活性物质在电解液中的溶解。物质穿过气液界面的速度和气体在电解液中的溶解速度决定传感器的响应灵敏度和响应时间。

(4) 电活性物质在电极表面吸附。

(5) 扩散控制下的电化学反应。

当被测气体为CO，对电极为空气电极时：

工作电极：CO＋H2O→CO2＋2H＋＋2e

对电极：1/2 O2＋2H＋＋2e → H2O

总反应：CO ＋1/2 O2 → CO2

(6) 产物的脱附。如果产物解吸速度很慢，电极可能会中毒。