第二節(jié)化學(xué)電源

1、第四章第四章 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)第二節(jié) 化學(xué)電源化學(xué)電源問題討論1、通過日常生活的學(xué)習(xí)，你知道哪些電池？、通過日常生活的學(xué)習(xí)，你知道哪些電池？ 其中哪些屬于化學(xué)電池？其中哪些屬于化學(xué)電池？2、化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？、化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點？3、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？4、目前化學(xué)電池主要分為哪幾大類？產(chǎn)生電、目前化學(xué)電池主要分為哪幾大類？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？各自有什么特點？能的基本原理是什么？各自有什么特點？鋰電池鋰電池干電池干電池疊層電池疊層電池紐扣電池紐扣電池各各類類電電池池1：各類電池：各類電池2、化學(xué)電池、化學(xué)電

2、池1)概念概念:將化學(xué)能變成電能的裝置將化學(xué)能變成電能的裝置2)分類分類:一次電池又稱不可充電電池或干電一次電池又稱不可充電電池或干電池池二次電池又稱充電電池或蓄電池二次電池又稱充電電池或蓄電池燃料電池燃料電池3)優(yōu)點優(yōu)點:能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠可以制成各種形狀和大小、不同容可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便量和電壓的電池和電池組，使用方便易維護，可在各種環(huán)境下工作。易維護，可在各種環(huán)境下工作。4)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn):比能量比能量 單位：單位：(wh/kg)(wh/kg)，(wh/L)(wh/L)指電池單位質(zhì)量或單

3、位體積所能輸出電能指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出電能的多少的多少比功率比功率單位單位：（：（W/kgW/kg，W/L)W/L)指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出功率的大小的大小.電池的可儲存時間的長短電池的可儲存時間的長短除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多、功率大、儲存時間長的電出電能多、功率大、儲存時間長的電池，其質(zhì)量好。池，其質(zhì)量好。1 1、干電池、干電池( (普通鋅錳電池）普通鋅錳電池）Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+Mn+Mn2 2OO3

4、 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2OO一次電池一次電池鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅普通鋅- -錳干電池的結(jié)構(gòu)錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等糊狀物等糊狀物普通鋅錳電池普通鋅錳電池寫出寫出鋅錳干電池鋅錳干電池的電極反應(yīng)方程式。的電極反應(yīng)方程式。負(fù)極負(fù)極正極正極總反應(yīng)總反應(yīng)Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+2NH2NH4 4+ +2e+2e- -=2NH=2NH3 3+H+H2 2 ， H H2 2 +2MnO+2MnO2 2=Mn=Mn2 2OO3 3+H+H2 2OO優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。 缺點：放電時間短，電壓下

5、降快。缺點：放電時間短，電壓下降快。Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2OO3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2OO通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些通常我們可以通過干電池的外觀上的哪些變化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？變化判斷它已經(jīng)不能正常供電了？_我們在使用干電池的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)有我們在使用干電池的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)有氣體產(chǎn)生，請推測可能是干電池中的什么氣體產(chǎn)生，請推測可能是干電池中的什么成分起了作用？成分起了作用？鋅筒變軟，電池表面變得不平整鋅筒變軟，電池表面變得不平整MnOMnO2 2 Zn

6、ClZnCl2 2堿性鋅堿性鋅-錳干電池錳干電池負(fù)極負(fù)極ZnZn正極正極MnOMnO2 2電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：電解質(zhì)：電解質(zhì)：KOHZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)？該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)？堿性鋅錳電池的優(yōu)點堿性鋅錳電池的優(yōu)點： 電流穩(wěn)定，放電容量、時間比電流穩(wěn)定，放電容量、時間比干電池增大幾倍，不會氣漲或干電池增大幾倍，不會氣漲或漏液。漏液。( (一一) )一次電池一次電池鈕扣電池鈕扣電池：不銹鋼制成一個由：不銹鋼制成一個由正極殼

7、正極殼和和負(fù)極蓋負(fù)極蓋組成的小圓盒，組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極一端填充由盒內(nèi)靠正極一端填充由AgAg2 2O O和和少量石墨少量石墨組成的正極活性材料，組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金鋅汞合金作負(fù)作負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃極活性材料，電解質(zhì)溶液為濃KOHKOH溶液溶液，已知電池內(nèi)，已知電池內(nèi)ZnZn的氧的氧化產(chǎn)物為化產(chǎn)物為Zn(OH)Zn(OH)2 22、銀、銀-鋅電池鋅電池負(fù)極：負(fù)極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+ 2OHZn+ 2OH- - -2e -2e- - = Zn(OH) = Zn(OH)2 2AgAg2 2O +HO +H2 2O +2eO +2e-

8、 - =2Ag +2OH =2Ag +2OH- - AgAg2 2OO + Zn+H + Zn+H2 2O = Zn(OH)2O = Zn(OH)2 + + 2Ag2Ag鉛蓄電池、鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池池3、鉛蓄電池、鉛蓄電池1)正負(fù)極材料正負(fù)極材料正極：正極：PbO2負(fù)極：負(fù)極：Pb2)工作機制工作機制電解質(zhì)：濃電解質(zhì)：濃H2SO4溶液溶液鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反鉛蓄電池為典型的可充電電池，其電極反應(yīng)分為放電和充電兩個過程應(yīng)分為放電和充電兩個過程( (二二) )二次電池二次電池放電過程總反應(yīng)：放電過程總反應(yīng)：Pb(s)+PbO2(s)

9、+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正極：正極：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)負(fù)極：負(fù)極：放電過程放電過程鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的鉛蓄電池充電的反應(yīng)則是上述反應(yīng)的逆過程逆過程白色沉淀白色沉淀充電過程充電過程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)陰極：陰極：陽極：陽極：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) +4

10、H+(aq) + SO42-(aq) 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)接電源負(fù)極接電源負(fù)極接電源正極接電源正極充電過程總反應(yīng)：充電過程總反應(yīng)：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)鉛蓄電池的充放電過程：鉛蓄電池的充放電過程：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)放電放電充電充電3)3)優(yōu)缺點簡析優(yōu)缺點簡析缺點：缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點：優(yōu)點：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉可靠、價格低廉其它二次電池其它二次電池鎳鎘電

11、池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池物鋰離子蓄電池 燃料電池燃料電池是利用是利用氫氣、天然氣、甲醇?xì)錃?、天然氣、甲醇等燃料與等燃料與氧氣或空氣氧氣或空氣進行電化學(xué)反應(yīng)時釋進行電化學(xué)反應(yīng)時釋放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原放出來的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一類原電池。電池。 目前目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達近燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達近80%80%，約為火力發(fā)電的約為火力發(fā)電的2 2倍倍。這是因為火力發(fā)電中。這是因為火力發(fā)電中放出的廢熱太多。放出的廢熱太多。 ( (三三) )燃料電池燃料電池大有發(fā)展前景的燃料電池大有發(fā)展前景的燃料電池4、燃料電池（兩極均

12、為惰性電極）、燃料電池（兩極均為惰性電極）負(fù)極負(fù)極H H2 2：正極正極O O2 2：總反應(yīng)：總反應(yīng)： O O2+2+2H2 =2H2O氫氧燃料電池是一種新型氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個電極均由多孔性示：兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放隙逸出，并在電極表面放電。堿性介質(zhì)電。堿性介質(zhì)2H2H2 2+4OH+4OH- - -4e -4e- - =4H =4H2 2OO OO2 2+2H+2H2 2O +4eO +4e- - =4OH =4OH- - 燃燃 料料 電電 池池2H2 - 4e- = 4H+

13、 O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-燃料電池的規(guī)律燃料電池的規(guī)律燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極燃料做負(fù)極，助燃劑氧氣為正極電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。只起傳導(dǎo)電子的作用。能量轉(zhuǎn)化率高能量轉(zhuǎn)化率高(超過超過80%)，普，普通的只有通的只有30%，有利于節(jié)約能，有利于節(jié)約能源。源。燃料電池與前幾種電池的差別：燃料電池與前幾種電池的差別：氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；氧化劑與還原劑在工作時不

14、斷補充；反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出 優(yōu)點：優(yōu)點：能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對環(huán)境友好能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)使用，對環(huán)境友好 用途：用途：宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊電池的發(fā)展方向電池的發(fā)展方向 光電池光電池使用方便使用方便, ,特別是近年來微特別是近年來微小型半導(dǎo)體逆變器迅速發(fā)展小型半導(dǎo)體逆變器迅速發(fā)展, ,促使其應(yīng)用促使其應(yīng)用更加快捷更加快捷. .美美, ,日日, ,歐和發(fā)展中國家都制定歐和發(fā)展中國家都制定出龐大的光伏技術(shù)發(fā)展計劃出龐大的光伏技術(shù)發(fā)展計劃, ,開發(fā)方向是開發(fā)方向是大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性, ,降降低成本低成本, ,不斷擴大產(chǎn)業(yè)不斷擴大產(chǎn)業(yè). .目前已有目前已有8080多個多個國家和國家和1616, ,市場開拓從空間轉(zhuǎn)向地面系市場開拓從空間轉(zhuǎn)向地面系統(tǒng)應(yīng)用。統(tǒng)應(yīng)用。減減 少少 污污 染染節(jié)節(jié) 約約 資資 源源練習(xí)、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效練習(xí)、熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率率,因而受到重視因而受