《化学电源》优秀课件

镍—镉可充电电池可发生如下反应：
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
充电
放电
Cd+2NiO(OH)+2H2O
由此可知，该电池的负极材料是（ A ）
A. Cd B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2
电极反应：
负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
二、二次电池
铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池…… 1.铅蓄电池
1)正负极材料
正极：PbO2 负极：Pb 电解质：H2SO4溶液
2)工作机制 铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电 和充电两个过程
①放电过程 负极：Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s) 正极：
PbO2(s) + 4H++SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +2H2O
知识点1：化学电池
1)概念:
将化学能变成电能的装置 ①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 ②二次电池又称充电电池——蓄电池 ③燃料电池
2)分类:
3)优点:
①能量转换效率高，供能稳定可靠。 ②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池 和电池组，使用方便。 ③易维护，可在各种环境下工作。
4)电池优劣的判断标准:
练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程 式。
负极—————————————Leabharlann Baidu——
正极————————————————
Zn-2e-=Zn2+
总反应———————————————
通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断 它已经不能正常供电了？ 锌筒变软，电池表面变得不平整 _____________________________ 我们在使用干 电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能 是干电池中的什么成分起了作用？
化学电池
将化学能转换成电能的装置
电池
太阳能电池
将太阳能转换成电能的装置
广泛应用于通讯、交通、文 化、办公及家用电子产品。 高科技、军事、生产行业也 有特殊应用。
原子能电池
将放射性同位素自然衰变时产生的热 能通过热能转换器转变为电能的装置
【思考】 ①目前化学电池主要分为哪几个大类？ 在性能等方面它们各有什么特点？ 产生电能的基本原理是什么？ ②化学电池与其他能源相比有哪些优点？ ③判断电池的优劣标准主要是什么？
(三)燃料电池 大有发展前景的燃料电池
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃 料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的 化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃 料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发 电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太 多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等 废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪30年代
燃 料 电 池
介质 酸性 中性 碱性 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 负极
2H2 - 4e- = 4H+
正极 负极
正极 负极 正极
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
电池的发展方向
• 光电池使用方便,特别是近年来 微小型半导体逆变器 迅速发展,促使其应用更加快捷.美,日,欧和发展中国 家都制定出庞大的 光伏技术发展计划,开发方向是大 幅度提高光电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩 大产 业.目前已有80多个 • 国家和地区形成 • 商业化,半商业化 • 生产能力, 市场开 • 拓从 空间转向地 • 面系统应用。
O2+4e-+2H2O=4OH__________________________________ ，总 CH4+2O 反应为_____ _____________________ 2+2KOH=K2CO3+3H2O 。
书写电极反应式应注意以下几点：
1．确定原电池的正负极，弄清正负极上发生反应的 物质； 2.电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的 所有规则（如“拆”、“平”）； 3．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反 应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；
4．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还 原产物，与溶液的酸碱性有关(如＋4价的C在酸性 溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存 在)； 5．溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H＋结合成 H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-。
绿色电池种种
迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投 入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池 有相同的工作电压(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合 金储氢材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成 为一种绿色环保电池。 锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的 金属氧化物作 正极和有机电解质构成，其工作电压为36伏， 因此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可 充电碱锰电池是在碱性锌锰原电池基础上发展起 来的，由于 应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电 流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池利 用P—N结的光电效应，把太阳光能直接转换成电 能，满足用 户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简 单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能 源的地域广泛采用。
缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液
改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。 Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
2、迷你型电池
HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S） Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）
优点：电压高、稳定，低污染。
正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合 金，电解质溶液KOH。反应式为： 充电 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 放电
写出电极反应式。
银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的 充电和放电过程可以表示为： 2Ag+Zn(OH)2
充电 放电
Ag2O+Zn+H2O
此电池放电时，负极上发生反应的物质是（D ） A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
①比能量 ［符号(W· h/kg)，(W· h/L)］ 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 ②比功率 [符号是W/kg，W/L)] 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小 ③电池的储存时间的长短
知识点2：各类电池
锂电池
叠层电池
各 类 电 池
干电池
纽扣电池
空气电池
小型高性能燃料电池
一、 一次电池
MnO2
碱性锌-锰干电池 电池反应：
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
［思考］该电池的正负极材料和电解质．
负极： ——Zn
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
正极： ——MnO2
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
电解质： KOH
1.干电池
普通锌锰干电池：（-）Zn ZnCl2、NH4Cl（糊状） 石墨(ＭnO2)(+) 负极: Zn－2e-＝Zn2＋ 正极: 2NH4+＋2e-＝2NH3↑＋H2 ↑ 总电池反应方程式 ：2NH4Cl＋Zn＝ZnCl2＋2NH3↑＋H2↑
KOH
氢氧燃料电池模拟
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应 将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电 极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池， 由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称 作燃料电池，根据两极上反应的实质判断， 通入甲烷的一极为____负极 ，这一极的电极反应 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O ；通入氧气的一极 为___________________ 正极 ，电极反应为 为_______
1、干电池(普通锌锰电池）
干电池用锌制桶形外壳作 负极，位于中央的顶盖有 铜帽的石墨作正极，在石 墨周围填充NH4Cl、ZnCl2 和淀粉作电解质溶液，还
填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化 现象。电极总的反应式为：
Zn+2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3+H2O
课 堂 总 结
1、仅有一个电极材料参与反应的原电池： 负极：M-xe=Mx+ 正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属
2、两个电极均参与反应的原电池
（如蓄电池，纽扣电池）
①电极材料：金属为负极，金属化合物为正极．
②电子得失均由两电极本身发生． ③电极反应需考虑电解质溶液的参与．
3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
负 - +2O2－= 2H O 2H 4e 2 2 极
正 极 负 极
O2 + 4e-= 2O2－ 2H2 - 4e- = 4H+
正 + + 4e-= 2H O O + 4H 极 2 2
氢氧燃料电池
Pt电极
航天技术上使用的一种电 H2 池，它具有高能、轻便、 不污染环境等优点。用Pt 做电极，KOH溶液做电解 液，因其反应与氢氧燃烧 相似，故称为氢氧燃烧电 池。请写出各电极的电极 反应。 O2
用途：手表、相机、心率调节器
3、锂电池 锂电池：（-）Li（S）
LiI（晶片） I2(+）
锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 负极： 8Li-8e-=8Li+ ；正极： 3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S。
用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工 作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。
第四章
电化学基础
第二节
化学电源
用途广泛的电池
用于“神六”的太阳能电 池
手机电池爆炸
笔记本电脑专用电池 手机专用电池
摄 像 机 专 用 电 池
各 式 各 样 的 纽 扣 电 池
［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些
电池，你知道电池的其它应用吗？
碱性锌锰电池、锌银电池、 铅蓄电池、镉镍电池、氢镍 电池、锂离子电池等。
电极反应： 负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
3、镉镍电池
负极材料：Cd；
正极材料：涂有NiO2，
电解质：KOH溶液。
反应式如下：
NiO2+Cd+2H2O
放电
充电
Ni(OH)2+ Cd(OH)2
写出电极反应式。
特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入 实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：
氢氧燃料电池
新型燃料电池
燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全 部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外 界输入，同时将电极反应产物不断排出电池
燃料电池
（-）Ni（多孔） KOH（溶液） NiO2 (+） 优点：能量转化率高，可持续使 用，对环境友好 用途：宇宙飞船，应用前景广阔 负极 : 2H2+4OH-－4e-＝4H2O 正极 : O2+2H2O＋4e-＝4OH总反应方程式 ： 2H2＋O2＝2H2O
氧化反应
还原反应
放电过程总反应： Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
①充电过程
接电源负极 阴极：PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42-
还原反应
接电源正极 阳极： 2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H++ 2SO42氧化反应 充电过程总反应： 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 铅蓄电池的充放电过程：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4
放电 充电
2PbSO4(s)+2H2O(l)
3)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……
2、银锌蓄电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。