化学电池与其他能源相比较有哪些优点内容

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houzheng1976
2017-04-10 · 知道合伙人教育行家
houzheng1976
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无锡机电分院数学教研室主任 无锡机电分院文化课科研指导委员 无锡机电分院骨干教师负责人

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化学电池:借助于化学能直接转变为电能的装置.化学电池的主要部分是电解质
溶液,和浸在溶液中的正极和负极,使用时将两极用导线接通,就有电流产生,
因而获得电能.化学电池放电到一定程度,电能减弱,有的经充电复原又可使
用,这样的电池叫蓄电池,如铅蓄电池、银锌电池等;有的不能充电复原,称为
原电池,如干电池、燃料电池等.
下面介绍化学电池的种类:
1.干电池:普通锌锰干电池的简称,在一般手电筒中使用锌锰干电池,是用
锌皮制成的锌筒作负极兼做容器,中央插一根碳棒作正极,碳棒顶端加一铜帽.
在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包
裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液;电池顶
端用蜡和火漆封口.在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质,还填
有MnO2作去极化剂(吸收正极放出的H2,防止产生极化现象,即作去极剂),淀粉
糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率.
电极反应为:负极 Zn-2 e-=Zn2+
正极 2 NH4+ +2 e-=2NH3+H2
H2+2MnO2=Mn2O3+H2O
正极产生的NH3又和ZnCl2作用:Zn2++4NH3=[Zn(NH3)4]2+
干电池的总反应式:Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O或 2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn(NH3)2]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O 正极生成的氨被电解质溶液吸收,生成的氢气被二氧化锰氧化成水.干电池的电压1.5 V—1.6 V.在使用中锌皮腐蚀,电压逐渐下降,不能重新充电复原,因而不宜长时间连续使用.这种电池的电量小,在放电过程中容易发生气涨或漏液.而今体积小,性能好的碱性锌—锰干电池是电解液由原来的中性变为离子导电性能更好的碱性,负极也由锌片改为锌粉,反应面积成倍增加,使放电电流大加幅度提高.碱性干电池的容量和放电时间比普通干电池增加几倍.2.铅蓄电池:铅蓄电池可放电亦可充电,具有双重功能.它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳,用含锑5%~8%的铅锑合金铸成格板,在正极格板上附着一层PbO2,负极格板上附着海绵状金属铅,两极均浸在一定浓度的硫酸溶液(密度为1.25—1.28 g / cm3)中,且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开.放电的电极反应为:负极:Pb+SO42- -2e- =PbSO4↓正极:PbO2+4H++SO42- +2e- =PbSO4↓+2H2O 铅蓄电池的电压正常情况下保持2.0 V,当电压下降到1.85 V时,即当放电进行到硫酸浓度降低,溶液密度达1.18 g / cm3时即停止放电,而需要将蓄电池进行充电,其电极反应为:
阳极:PbSO4+2H2O-2e- =PbO2+4H++SO42-
阴极:PbSO4+2e- =Pb+SO42- 当密度增加至1.28 g / cm3时,
应停止充电.这种电池性能良好,价格低廉,缺点是比较笨重. 放电
充电 蓄电池放电和充电的总反应式:PbO2+Pb+2H2SO4
2PbSO4↓+2H2O 目前汽车上使用的电池,有很多是铅蓄电池.由于它的
电压稳定,使用方便、安全、可靠,又可以循环使用,因此广泛应用于国防、科
研、交通、生产和生活中. 3.银锌蓄电池 银锌电池是一种高能
电池,它质量轻、体积小,是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源.
目前,有一种类似干电池的充电电池,它实际是一种银锌蓄电池,电解液为KOH溶
液. 常见的钮扣电池也是银锌电池,它用不锈钢制成一个由正极壳和负
极盖组成的小圆盒,盒内靠正极盒一端充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料
,负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料,电解质溶液为KOH浓溶液,溶液两边
羧甲基纤维素作隔膜,将电极与电解质溶液隔开.
负极:Zn+2OH--2e- =Zn(OH)2
正极:Ag2O+H2O+2e- =2Ag+2OH-
银锌电池跟铅蓄电池一样,在使用(放电)一段时间后就要充电,充电过程表示
如下: 阳极:2Ag+2OH--2e- =Ag2O+H2O
阴极:Zn(OH)2+2e- =Zn+2OH- 放电 充电
总反应式:Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag一粒钮扣电池的电压达1.59 V,
安装在电子表里可使用两年之久.4.燃料电池:燃料电池是使燃料与氧化剂反
应直接产生电流的一种原电池,所以燃料电池也是化学电源.它与其它电池不
同,它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮存在电池内,而是在工作时,不断地从
外界输入,同时把电极反应产物不断排出电池.因此,燃料电池是名符其实地把
能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”.燃料电池的正
极和负极都用多孔炭和多孔镍、铂、铁等制成.从负极连续通入氢气、煤气、
发生炉煤气、水煤气、甲烷等气体;从正极连续通入氧气或空气.电解液可以用
碱(如氢氧化钠或氢氧化钾等)把两个电极隔开.化学反应的最终产物和燃烧时的
产物相同.燃料电池的特点是能量利用率高,设备轻便,减轻污染,能量转换率
可达70%以上.当前广泛应用于空间技术的一种典型燃料电池就是氢氧燃料电池
,它是一种高效低污染的新型电池,主要用于航天领域.它的电极材料一般为活
化电极,碳电极上嵌有微细分散的铂等金属作催化剂,如铂电极、活性炭电极
等,具有很强的催化活性.电解质溶液一般为40%的KOH溶液.
电极反应式为:负极 H2 2H
2H+2OH--2 e-=2H2O
正极 O2+2H2O+4 e-=4OH-
电池总反应式为:2H2+O2=2H2O
另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极,又在两极上分别通甲烷(燃料)
和氧气(氧化剂).电极反应式为:负极:CH4+10OH--8e- = CO32- +7H2O;
正极:4H2O+2O2+8e- =8OH-.
电池总反应式为:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O目前已研制成功的铝—空气燃
料电池,它的优点是:体积小、能量大、使用方便、不污染环境、耗能少.这种
电池可代替汽油作为汽车的动力,还能用于收音机、照明电源、野营炊具、野外
作业工具等.5.锂电池:锂电池是金属锂作负极,石墨作正极,无机溶剂亚硫
酰氯(SO2Cl2)在炭极上发生还原反应.电解液是由四氯铝化锂(LiAlCl4)溶解于
亚硫酰氯中组成.它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应,生成氯化锂、亚硫酸锂
和硫. 8Li+3SO2+Cl2=6LiCl+Li2SO3+2S 锂是密度最小的金
属,用锂作为电池的负极,跟用相同质量的其它金属作负极相比较,能在较小的
体积和质量下能放出较多的电能,放电时电压十分稳定,贮存时间长,
能在216.3—344.1K温度范围内工作,使用寿命大大延长.锂电池是一种高能电
池,它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点,因而已用于电
脑、照相机、手表、心脏起博器上,以及作为火箭、导弹等的动力资源.
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