化學(xué)電池的研究論文

1、本 科 論 文題 目： 化學(xué)電池的研究 學(xué) 院： 專 業(yè)： 年級： 姓 名： 摘要 通過前人的研究得知化學(xué)電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。而這一理論 歷了伏特的“伏特電堆”，才有化學(xué)電池（原電池和蓄電池兩種）的問世。而化學(xué)電池按工作性質(zhì)可分為：一次電池（原電池）；二次電池（可充電電池）;鉛酸蓄電池堿性氫氧燃料電池磷酸型燃料電池等等。這些電池的問世既給社會帶來好的一面，同時也帶來一些弊端。生產(chǎn)生活中我們要正確對待它。畢竟，“化學(xué)電池是把雙刃劍”。 關(guān)鍵詞：化學(xué)電池；發(fā)展史；種類；廢電池處理引言化學(xué)電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。它在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用范圍極其廣泛?，F(xiàn)在我們就對化學(xué)電池工

2、作原理（主要部分是電解質(zhì)溶液、浸在溶液中的正、負(fù)電極和連接電極的導(dǎo)線）、種類以及它對環(huán)境、對人類健康污染源頭的認(rèn)識一定要到位。只有做到這些我們才能正確的使用好化學(xué)電池、才能從本質(zhì)上對廢電池做正確的處理,也只有做到這些、我們的處理方法才會更妥當(dāng)、化學(xué)電池對我們的健康、對環(huán)境、才會更有利、才能為我們的生活帶來福音。也只有這樣，我們對它的處理才不會違背可持續(xù)發(fā)展、科學(xué)發(fā)展觀、和諧發(fā)展的理念?；瘜W(xué)電池才會有更好的發(fā)展前景，我們的明天才會更加的美好。一 化學(xué)電池的發(fā)展史簡介1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布

3、或紙片，平疊起來。用手觸摸兩端時，會感到強(qiáng)烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的制成了世界上第一個電池 “伏特電堆”。這個“伏特電堆”實(shí)際上就是串聯(lián)的電池組。它成為早期電學(xué)實(shí)驗(yàn)，電報機(jī)的電力來源。1836年，英國的丹尼爾對 “伏特電堆”進(jìn)行了改良。他使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅銅電池，又稱“丹尼爾電池”。此后，又陸續(xù)有去極化效果更好的 “本生電池”和 “格羅夫電池”等問世。但是，這些電池都存在電壓隨使用時間延長而下降的問題。1860年，法國的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨(dú)特之處是，當(dāng)電池使用一段使電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池

4、電壓回升。因?yàn)檫@種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為“ 蓄電池”。然而，無論哪種電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體，因此搬運(yùn)很不方便，特別是蓄電池所用液體是硫酸，在挪動時很危險。二 化學(xué)電池的種類化學(xué)電池按工作性質(zhì)可分為：一次電池（原電池）；二次電池（可充電電池）;鉛酸蓄電池。其中：一次電池可分為：糊式鋅錳電池、紙板鋅錳電池、堿性鋅錳電池、扣式鋅銀電池、扣式鋰錳電池、扣式鋅錳電池、鋅空氣電池、一次鋰錳電池等。二次電池可分為：鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池、二次堿性鋅錳電池等。鉛酸蓄電池可分為：開口式鉛酸蓄電池、全密閉鉛酸蓄電池。 1.鋅錳電池鋅二氧化錳電池1（簡稱鋅錳電池） 又稱勒蘭社（Lec

5、lanche）電池，是法國科學(xué)家勒蘭社（Leclanche，1839-1882）于1868年發(fā)明的由鋅（Zn）作負(fù)極，二氧化錳（MnO2）為正極，電解質(zhì)溶液采用中性氯化銨（NH4Cl）、氯化鋅（ZnCl2）的水溶液，面淀粉或漿層紙作隔離層制成的電池稱鋅錳電池，由于其電解質(zhì)溶液通常制成凝膠狀或被吸附在其它載體上而呈現(xiàn)不流動狀態(tài)，故又稱鋅錳干電池。按使用隔離層區(qū)分為糊式和板式電池兩種，板式又按電解質(zhì)液不同分銨型和鋅型電池紙板電池兩種。 干電池用鋅制筒形外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋上有銅帽的石墨棒作正極，在石墨棒的周圍由內(nèi)向外依次是A：二氧化錳粉末（黑色）-用于吸收在正極上生成的氫氣；B：用飽和了氯化

6、銨和氯化鋅的淀粉糊作為電解質(zhì)溶液。 2.堿性鋅錳電池220世紀(jì)中期在鋅錳電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是鋅錳電池的改進(jìn)型。電池使用氫氧化鉀（KOH）或氫氧化鈉（NaOH）的水溶液做電解質(zhì)液，采用了與鋅錳電池相反的負(fù)極結(jié)構(gòu)，負(fù)極在內(nèi)為膏狀膠體，用銅釘做集流體，正極在外，活性物質(zhì)和導(dǎo)電材料壓成環(huán)狀與電池外殼連接，正、負(fù)極用專用隔膜隔開制成的電池。 3.鉛酸蓄電池31859年法國普蘭特（Plante）發(fā)現(xiàn)，由正極板、負(fù)極板、電解液、隔板、容器等5個基本部分組成。用二氧化鉛作正極活性物質(zhì)，鉛作負(fù)極活性物質(zhì)，硫酸作電解液，微孔橡膠、燒結(jié)式聚氯乙烯、玻璃纖維、聚丙烯等作隔板制成的電池。 鉛蓄電池可放電也可以充電，

7、一般用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼；正極板上有一層棕褐色的二氧化鉛，負(fù)極是海綿狀的金屬鉛，正負(fù)電極之間用微孔橡膠或微孔塑料板隔開（以防止電極之間發(fā)生短路）；兩極均浸入到硫酸溶液中。放電時為原電池，其電極反應(yīng)為: 負(fù)極：Pb + SO42 2e = PbSO4 正極：PbO2 + 4H+ + SO42 + 2e = PbSO4+ 2H2O 總反應(yīng)式為：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 當(dāng)放電進(jìn)行時，硫酸溶液的的濃度將不斷降低，當(dāng)溶液的密度降到一定濃度時應(yīng)停止使用進(jìn)行充電，充電時為電解池，其電極反應(yīng)如下： 陽極：PbSO4 + 2H2O -2e = PbO2

8、+ 4H+ + SO42 陰極：PbSO4 + 2e = Pb + SO42 總反應(yīng)式為：2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4 當(dāng)溶液的密度升到一定濃度時，應(yīng)停止充電。 4.鋅銀電池一般用不銹鋼制成小圓盒形，圓盒由正極殼和負(fù)極殼組成，形似紐扣（俗稱紐扣電池）。盒內(nèi)正極殼一端填充由氧化銀和石墨組成的正極活性材料，負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金組成的負(fù)極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液。電極反應(yīng)式如下： 負(fù)極：Zn + 2OH 2e= ZnO + H2O正極：Ag2O + H2O + 2e = 2Ag + 2OH 電池的總反應(yīng)式為：Ag2O + Zn = 2Ag + Zn

9、O 電池的電壓一般為1.59V左右，使用壽命較長。 5.鎘鎳電池和氫鎳以及金屬氫化物鎳電池二者均采用氧化鎳或氫氧化鎳作正極，以氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液作電解質(zhì)溶液，金屬鎘或金屬氫化物作負(fù)極。金屬氫化物電池為20世紀(jì)80年代，利用吸氫合金和釋放氫反應(yīng)的電化學(xué)可逆性發(fā)明制成，是小型二次電池主導(dǎo)產(chǎn)品。 6.鋰電池鋰電池是一類以金屬鋰或含鋰物質(zhì)作為負(fù)極材料的化學(xué)電源的總稱通稱鋰電池，分為一次鋰電池和二次鋰電池。 7.鋰離子電池指能使鋰離子嵌入和脫嵌的碳材料代替純鋰作負(fù)極，鋰的化合物作正極，混合電解液作電解質(zhì)液制成的電池。鋰離子電池是1990年有日本索尼公司研制出并首先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。國內(nèi)外已商品化的鋰離

10、子電池正極是LiCoO2，負(fù)極是層狀石墨。 8.熔融鹽燃料電池這是一種具有極高發(fā)電效率的大功率化學(xué)電池，按其所用燃料或熔融鹽的不同，有多個不同的品種，如天然氣、CO、-熔融碳酸鹽型、熔融磷酸鹽型等等，一般要在一定的高溫下才能工作。 負(fù)極反應(yīng)式：2CO + 2CO324e = 4CO2 正極反應(yīng)式：O2 + 2CO2 + 4e= 2CO32 總反應(yīng)式為：2CO + O2= 2CO2 該電池的工作溫度一般650oC 左右。9.海水電池1991年，我國科學(xué)家首創(chuàng)以鋁-空氣-海水為材料組成的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。其電極反應(yīng)式如下

11、： 負(fù)極：4Al 12e = 4Al3+ 正極：3O2 + 6H2O + 12e = 12OH 總反應(yīng)式為：4Al + 3 O2 + 6H2O = 4Al(OH)3 這種電池的能量比普通干電池高數(shù)十倍。 本段是新型化學(xué)電池(1)堿性氫氧燃料電池5這種電池用30%-50%KOH為電解液，在100°C以下工作。燃料是氫氣，氧化劑是氧氣。其電池圖示為 （）C|H2|KOH|O2|C(+) 電池反應(yīng)為 負(fù)極 2H2 + 4OH4e=4H2O 正極 O2 + 2H2O + 4e=4OH 總反應(yīng) 2H2 + O2=2H2O 堿性氫氧燃料電池早已于本世紀(jì)60年代就應(yīng)用于美國載人宇宙飛船上，也曾用于

12、叉車、牽引車等，但其作為民用產(chǎn)品的前景還評價不一。否定者認(rèn)為電池所用的電解質(zhì)KOH很容易與來自燃料氣或空氣中的CO2 反應(yīng)，生成導(dǎo)電性能較差的碳酸鹽。另外，雖然燃料電池所需的貴金屬催化劑載量較低，但實(shí)際壽命有限?？隙ㄕ邉t認(rèn)為該燃料電池的材料較便宜，若使用天然氣作燃料時，它比已經(jīng)商業(yè)化的磷酸型燃料電池的成本還要低。 （2） 磷酸型燃料電池它采用磷酸為電解質(zhì)，利用廉價的炭材料為骨架。它除以氫氣為燃料外，現(xiàn)在還有可能直接利用甲醇、天然氣、城市煤氣等低廉燃料，與堿性氫氧燃料電池相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是它不需要CO2處理設(shè)備。磷酸型燃料電池已成為發(fā)展最快的，也是目前最成熟的燃料電池，它代表了燃料電池的主要發(fā)展

13、方向。目前世界上最大容量的燃料電池發(fā)電廠是東京電能公司經(jīng)營的11MW美日合作磷酸型燃料電池發(fā)電廠，該發(fā)電廠自1991年建成以來運(yùn)行良好。近年來投入運(yùn)行的100多個燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，90%是磷酸型的。市場上供應(yīng)的磷酸型發(fā)電系統(tǒng)類型主要有日本富士電機(jī)公司的50KW或100KW和美國國際燃料電池公司提供的200KW。 富士電機(jī)已提供了70多座電站，現(xiàn)場壽命超過10萬小時。 磷酸型燃料電池目前有待解決的問題是：如何防止催化劑結(jié)塊而導(dǎo)致表面積收縮和催化劑活性的降低，以及如何進(jìn)一步降低設(shè)備費(fèi)用。 三 廢電池的危害與處理方法6 1、電池的危害7     一般的電池主

14、要成分為碳棒、碳粉、鋁皮、包裝紙，其中含有鐵、碳、鋅、錳、鋁等元素以及一些微量的汞、鎘、鎳等元素，雖然所含的汞、鎳含量極少，但其是重金屬，所以對人體、環(huán)境的危害卻不可估量。     （1）廢電池對人體的危害。汞是一種毒性很強(qiáng)的重金屬，對人體中樞神經(jīng)的破壞力很大，上世紀(jì)五十年代發(fā)生在日本的震驚中外的水俁病就是由于汞污染造成的。目前我國生產(chǎn)的含汞堿性干電池的汞含量達(dá)1%5%，中性干電池的汞含量為0.025%，我國電池生產(chǎn)消耗的汞每年就達(dá)幾十噸之多。鎘在人體內(nèi)極易引起慢性中毒，主要病癥是肺氣腫、骨質(zhì)軟化、貧血，嚴(yán)重使人體癱瘓。而鉛進(jìn)入人體后最難排泄，它干擾腎功

15、能、生殖功能。（2）廢電池對環(huán)境的危害。目前，我國的廢電池幾乎都和生活垃圾一起排出；而生活垃圾多以堆肥，焚燒，填埋三種方式處理。據(jù)檢驗(yàn)，我國有的城市每噸垃圾汞含量竟高達(dá)1.75.1g，其中70%來自廢電池。當(dāng)生活垃圾堆肥處理時，會因含汞等重金而影響發(fā)酵；當(dāng)生活垃圾焚燒處理時，煙氣中的汞含量也高達(dá)15mg/Nm，超過世界保健機(jī)構(gòu)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)60300倍；當(dāng)生活垃圾填埋處理時，電池中的重金屬可能隨濾液一起滲漏出，成為污染土壤和地下水的永久隱患。有關(guān)資料顯示，一節(jié)一號電池爛在地里，能使1平方米的土壤永久失去利用價值；一粒紐扣電池可使600噸水受到污染，相當(dāng)于一個人一生的飲水量。在對自然環(huán)境威脅最大的幾

16、種物質(zhì)中，電池里就包含了汞、鉛、鎘等多種，若將廢舊電池混入生活垃圾一起填埋，或者隨手丟棄，滲出的汞及重金屬物質(zhì)就會滲透于土壤、污染地下水，進(jìn)而進(jìn)入魚類、農(nóng)作物中，破壞人類的生存環(huán)境，間接威脅到人類的健康。2:處理方法8（1）堆肥法：當(dāng)生活垃圾堆肥處理時，會因含汞等重金屬而影響發(fā)酵，這種處理方法對人體和環(huán)境都有害。  （2）焚燒法：當(dāng)生活垃圾焚燒處理時，煙氣中的汞含量也高達(dá)15mg/Nm，超過世界保健機(jī)構(gòu)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)60300倍，危害更大。 （3）填埋法：當(dāng)生活垃圾填埋處理時，電池中的重金屬可能隨濾液一起滲漏出，成為污染土壤和地下水的永久隱患。（4）熱處理法：瑞士有兩家專門加工利用舊電池

17、的工廠，巴特列克公司采取的方法是將舊電池磨碎，然后送往爐內(nèi)加熱，這時可提取揮發(fā)出的汞，溫度更高時鋅也蒸發(fā)，它同樣是重金屬。鐵和錳融合成后成為煉鋼所需的錳鐵合金，該工廠一年可以加工2000噸廢電池，可獲得780噸錳鐵合金，4000噸鋅合金及3噸汞。另一家工廠則是從電池中提取鐵元素，并將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混合物作為金屬直接出售。（5）濕處理法：德國馬格德堡近郊區(qū)正興建一個“濕處理”裝置，在這里除鉛蓄電池外，各類電池均溶解于硫酸，然后借助離子樹脂從溶液中提取各種金屬物，用這種方式獲得的原料比熱處理方法純凈，因而在市場上售價也更高，而且電池中包含的各種物質(zhì)有95%都能提取出來。濕處理

18、可省去分揀環(huán)節(jié)（因?yàn)榉謷鞘止げ僮鳎瑫黾映杀?。）馬格德堡這套裝置年加工能力可達(dá)7500噸，其成本雖然比填埋方法略高，但貴重原料不致丟棄也不會污染環(huán)境。（6）真空熱處理法9：德國阿爾特公司研制的真空熱處理法還要便宜，不過這首先需要在廢電池中分揀出鎳鎘電池，廢電池在真空中加熱，其中汞迅速蒸發(fā)，即可將其回收，然后將剩余原料磨碎，后用磁體提取金屬鐵，再從余下粉末中提取鎳和錳。結(jié)論 通過以上論述，我們對化學(xué)電池的認(rèn)識更加深刻，我們知道了很多種類的化學(xué)電池以及它們的工作原理、它們的構(gòu)造、各種化學(xué)電池的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)。所以要想讓它們?yōu)槲覀兊纳a(chǎn)生活服務(wù)、為社會主義建設(shè)社會服務(wù)，我們就要必須抓住他們的優(yōu)點(diǎn)、知道他們的缺點(diǎn)、以至于揚(yáng)長避短。這樣正確地利用好化學(xué)電池、處理好廢舊電池，也只有這樣，我們對電池的利用與處理才能更佳；也只有這樣，我們的生活才能更美好，社會主義的明天才更加美好。參考文獻(xiàn) 1張玲,陳磊磊.化學(xué)教學(xué)J .上海. 2010 , (8)2嚴(yán)宣申.普通無機(jī)化學(xué)（第二版）M,