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1、化学电源,第四章 电化学基础,发明电池的故事,伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家.有一天,伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文,说动物肌肉里贮存着电,可以用金属接触肌肉把电引出来.看了这篇论文,伏特非常兴奋,便决定亲自来做这个实验.他用许多只活青蛙反复实验,终于发现,实际情况并不像加伐尼所说的那样,而是两种不同的金属接触产生的电流,才使蛙腿的肌肉充电而收缩. 为了证明自己的发现是正确的,伏特决定更深入地了解电的来源。 为了纪念他的贡献,人们把电压的计量单位叫做伏特,简称伏,符号V。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。,几种常见电池和新型电池
2、：,干电池：普通锌-锰电池、碱性锌-锰电池 蓄电池：铅蓄电池、镍-镉可充电电池、银锌钮扣电池等 锂电池： 新型燃料电池：氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、熔融盐燃料电池等,普通锌锰电池,碱性电池,镍 镉 电 池,小型高性能燃料电池,镍氢电池,纽扣电池,索尼数码相机锂电池,、化学电池分类,电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用,又称充电电池或蓄电池在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用,是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源又称连续电池,铅蓄电池、 锌银蓄电池、 镍镉电池、 锂离子电池,氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料
3、电池。,如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池,一、化学电池,、化学电池优点,（）能量转换效率高，供能稳定可靠。,（）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。,（）易维护，可在各种环境下工作。,、判断电池优劣的标准,（）比能量,符号(Ah/kg)，(Ah/L),指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,（）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,除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。,电极方程式：,负极：Zn2e-Zn2,2MnO2 + 2NH4+ + 2e
4、- = 2MnO(OH) + 2NH3,正极：2NH4+2e-=2NH3+H2 H2 +2MnO2=2MnO(OH),1、干电池(普通锌-锰电池）,电池的总反应： Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ 2MnO(OH)+2NH3,Mn2O3+H2O,一、一次电池,2、碱性锌-锰干电池,负极：,正极：,电池反应：,电解质：,KOH,Zn,MnO2,Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,电池特点：必能量和可存储时间均有提高， 适用于大电流和连续放电,3、银锌电池,Zn为
5、负极,Ag2O为正极 电解液: KOH溶液 电极反应式: 负极:Zn2OH2e-Zn(OH)2 正极:Ag2OH2O2e-2Ag2OH 总反应式: ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2,电池特点:比能量大、电压稳定、储存时间长、 适宜小电流连续放电。,4、锂电池：,锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)： 8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 负极： ； 正极： 。,电池特点：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。,8Li-8e-=8Li+,3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S,永久性人造心脏在美问世,人造心
6、脏由4个部分组成，即金属钛制成的心脏本体、一个微型锂电池、一个计算机操纵系统以及外接电池组。人造心脏本体可取代患者心脏的左右心室，微型锂电池和操纵系统植入患者腹腔，用以提供动力。外接电池组可通过安装在腹部皮肤下的能量传输装置对微型锂电池进行充电。,二、二次电池-蓄电池,（1）铅蓄电池,正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是海绵状的金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。,1、电极材料及原料： 2、电解质溶液： 3、电极反应式：,正极： 负极：,H2SO4溶液,负极（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,正极（PbO2）
7、: PbO2+4H+SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O,总反应：,4、优点： 缺点：,PbO2,Pb,电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,比能量低、笨重，废弃电池污染环境,中国第1颗人造地球卫星东方红-1用银锌电池作电源。,镍 镉 电 池,镍氢电池,聚合物锂离子电池,为什么废旧纽扣电池应专门回收？,钮扣电池含有汞，当其废弃在自然界里，外层金属锈蚀后，汞就会慢慢从电池中溢出来，进入土壤或在下雨之后进入地下水，再通过农作物进入人体，损伤人的内脏。在微生物的作用下，无机汞可以转变成甲基汞，聚积在鱼类的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细胞，使人的神经系统受到严重破坏，重
8、者会发疯致死。日本水俣病就是甲基汞所致。,三、燃料电池,电极材料 ：多孔性镍、铂,电解质溶液 ： KOH等强碱、 H2SO4等强酸、 NaCl等盐溶液,1、燃料电池的构成,燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。,2、燃料电池的规律,燃料做负极，助燃剂氧气为正极,电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。,能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。,3、燃料电池与前几种电池的差别：,氧化剂与还原剂在工作时不断补充；,反应产物不断排出；,（1）氢氧燃料电池,酸性电解质(H2SO4)：,负极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极: O2+
9、2H2O+4e-=4OH- 总反应: 2H2+O2=2H2O,负极： 2H2-4e-=4H+,正极： O2+4H+4e-=2H2O,总反应：2H2+O2=2H2O,4、几种常见的燃料电池,碱性电解质（KOH）：,负极：2H2 -4e- = 4H+ 正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-,总反应：2H2+O2=2H2O,中性电解质（NaCl溶液）,电极反应： 负极：CH4 + 10OH- 8e = CO32- + 7H2O 正极： O2 + 2H2O + 4e = 4OH- 总反应式： CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O,(2) 甲烷燃料电池,电极为金属铂
10、，电解质为KOH，在两极分别通入甲烷和氧气。,（3）甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：,碱性电解质（KOH溶液为例）,总反应：2CH4O + 3O2 +4KOH = 2K2CO3 + 6H2O 正极：3O2+12e- + 6H2O=12OH- 负极：2CH4O -12e-+16OH- = 2CO32- + 12H2O,酸性电解质（H2SO4溶液为例）,总反应: 2CH4O + 3O2 = 2CO2 + 4H2O 正极：3O2+12e-+12H+ = 6H2O 负极：2CH4O-12e-+2H2O = 12H+ 2CO2,(4)铝空气海水电池,负极：4Al -12e- 4
11、Al3+ 正极：3O2 + 6H2O + 12e- 12OH- 电池总反应式为：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,1991年，我国首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质。,负极材料：铝 正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。 电解质：海水,再写正极 反应：,O22H2O4e4OH,酸性,先写总反应：燃料在氧气中的燃烧,2、燃料电池的电极反应的书写,若有CO2生成，且电解质为强碱时， 考虑CO2+2OH=CO32+H2O,O24H+4e 2H2O,碱性,最后写负极反应：,总反应减去正极反应,熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质
12、隔膜、多孔金属阳极构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐（在阴极充入CO2气作助燃剂）。 反应原理如下： 正极： O2 + 2CO2 + 4e - =2CO32- 负极： 2H2 + 2CO32- - 4e = 2CO2 + 2H2O 总反应： O2 2H2 = 2H2O,(5) 熔融盐燃料电池,电池应用及对环境影响,电池在许多方面都有应用， 军事上应用, 移动装置上的应用 ，居民家庭的应用，空间领域的应用 ，固定的应用 ， 运输上的应用等。一颗钮扣电池就能污染大约60万升水，相当于一个人一生的用水量，一节1号电池烂在土壤中，能使1平方米的土地失去农业利用价值。 早在1971年召开的国际环境会
13、议上，就提出了对环境污染最严重的五大害：汞、镉、铅、滴滴涕（DDT）和多氯联苯（PCB），其中与电池污染相关的就有三种，即汞、镉、铅。上述三种金属广泛存在于电池中，使用者丢弃后，电池在环境中自然腐蚀，大部分有害物质以各种形态进入环境中，直接污染水资源，再通过食物链进入人体，危害着人们的健康生活。,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，
14、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PN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。,绿色电池种种,研究性学习课题：,调查废旧电池是如何处理的，以及回收废旧电池的意义和价值,减 少 污 染 节 约 资 源,作业： 1、P78 第4题 2、 氢氧燃料电池在酸性、碱性和中性的介质中的两极反应的化学方程式及总反应的化学方程式。,
