《電化學(xué)原電池》課件

電化學(xué)原電池引言電化學(xué)原電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電化學(xué)的概念化學(xué)反應(yīng)與電能電化學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)與電能之間的相互關(guān)系的學(xué)科，主要研究化學(xué)能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化。氧化還原反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)通常是氧化還原反應(yīng)，其中電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致能量變化。電極電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電極表面，電極是導(dǎo)電體，可以作為電子傳輸?shù)拿浇椤ｋ姵氐慕M成負(fù)極負(fù)極是電池中發(fā)生氧化反應(yīng)的一極，通常由金屬或合金制成。正極正極是電池中發(fā)生還原反應(yīng)的一極，通常由金屬氧化物或其他化合物制成。電解質(zhì)電解質(zhì)是電池中充當(dāng)離子導(dǎo)體的介質(zhì)，通常是液體、固體或凝膠狀。隔膜隔膜是電池中防止正負(fù)極短路的絕緣層，通常由多孔膜制成。電池原理1氧化還原反應(yīng)電池的核心是氧化還原反應(yīng)。陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放電子。陰極發(fā)生還原反應(yīng)，接收電子。2電極電位每個(gè)電極都有其電極電位，取決于電極材料和溶液的性質(zhì)。3電池電動(dòng)勢(shì)電池的電動(dòng)勢(shì)是由陽(yáng)極和陰極的電極電位差決定的。電動(dòng)勢(shì)越大，電池的輸出功率越高。4法拉第定律法拉第定律描述了電池中電量與反應(yīng)物量的關(guān)系。1.氧化還原反應(yīng)氧化反應(yīng)物質(zhì)失去電子，化合價(jià)升高的反應(yīng)。還原反應(yīng)物質(zhì)得到電子，化合價(jià)降低的反應(yīng)。電極電位1定義電極電位是指特定電極相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極（SHE）的電勢(shì)差，表示電極中電子傾向于流入或流出的程度。2測(cè)量通過(guò)測(cè)量電極與標(biāo)準(zhǔn)氫電極之間的電壓來(lái)確定電極電位，通常使用伏特計(jì)進(jìn)行測(cè)量。3影響因素電極電位受電極材料、溶液濃度、溫度和壓力等因素的影響。3.電池電動(dòng)勢(shì)定義電池電動(dòng)勢(shì)是指電池在**閉合回路**中，**正極**和**負(fù)極**之間的**電勢(shì)差**。它表示電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能力。影響因素電池電動(dòng)勢(shì)的大小受**電極材料**、**電解質(zhì)溶液濃度**、**溫度**等因素影響。測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)可以用**電壓表**測(cè)量，但要注意，只有在**開(kāi)路**狀態(tài)下才能準(zhǔn)確測(cè)量。4.法拉第定律電解定律法拉第定律描述了電解過(guò)程中物質(zhì)的質(zhì)量變化與電流、時(shí)間和物質(zhì)的電化學(xué)當(dāng)量之間的關(guān)系。應(yīng)用法拉第定律用于計(jì)算電解過(guò)程中沉積的金屬質(zhì)量、產(chǎn)生的氣體體積以及電解所需的電量等。常見(jiàn)電池種類(lèi)干電池鋅錳電池，價(jià)格便宜，使用廣泛堿性電池性能優(yōu)于干電池，續(xù)航更長(zhǎng)鎳氫電池可重復(fù)充電，適用于電子設(shè)備鋰離子電池能量密度高，廣泛應(yīng)用于手機(jī)等1.干電池鋅錳電池干電池，也稱(chēng)為鋅錳電池，是最常見(jiàn)的一種化學(xué)電池。碳棒正極干電池的正極通常是由碳棒制成的，周?chē)趸i。鋅殼負(fù)極干電池的負(fù)極是鋅殼，同時(shí)充當(dāng)電池的容器。2.堿性電池優(yōu)點(diǎn)能量密度高，使用壽命長(zhǎng)，工作電流大缺點(diǎn)價(jià)格相對(duì)較高，不耐低溫，易泄漏應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，例如玩具、手電筒、照相機(jī)等3.鎳氫電池結(jié)構(gòu)鎳氫電池由正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜組成。工作原理充電時(shí)，氫離子從負(fù)極遷移到正極，形成氫氧化鎳。應(yīng)用鎳氫電池廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)和電動(dòng)工具。4.鋰離子電池1高能量密度鋰離子電池的能量密度很高，這意味著它們可以在相對(duì)較小的尺寸內(nèi)儲(chǔ)存大量的能量。2長(zhǎng)循環(huán)壽命鋰離子電池可以反復(fù)充電和放電數(shù)百次，使其成為許多電子設(shè)備的理想選擇。3輕量化鋰離子電池重量輕，這使得它們適用于便攜式設(shè)備。5.燃料電池清潔能源燃料電池利用化學(xué)反應(yīng)直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，沒(méi)有燃燒過(guò)程，排放污染物少。高效率燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率較高，可以達(dá)到60%以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)熱機(jī)。氫燃料氫燃料電池以氫氣為燃料，在電解質(zhì)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流。電池的性能指標(biāo)電池的性能指標(biāo)決定其應(yīng)用范圍和價(jià)值。電池容量衡量電池儲(chǔ)存電荷的能力，單位通常為安培小時(shí)(Ah)。電池電壓電池輸出的電壓，通常由電池化學(xué)性質(zhì)決定。電池容量定義在規(guī)定的放電電流和截止電壓下，電池所能放出的電量，通常以安培小時(shí)(Ah)或毫安培小時(shí)(mAh)為單位。重要性電池容量決定了電池可以持續(xù)供電的時(shí)間長(zhǎng)短，是衡量電池性能的重要指標(biāo)之一。電池電壓1電動(dòng)勢(shì)電池在開(kāi)路狀態(tài)下的電壓，代表電池儲(chǔ)存的能量。2實(shí)際電壓電池在工作狀態(tài)下的電壓，會(huì)因負(fù)載和內(nèi)阻等因素而下降。3電壓變化電池放電過(guò)程中電壓會(huì)逐漸下降，直至低于使用限制。3.功率密度電池的功率密度是指電池在單位體積或單位重量下所能輸出的最大功率。功率密度重要性功率密度決定了電池在短時(shí)間內(nèi)提供能量的能力，例如電動(dòng)汽車(chē)的加速性能。能量密度定義單位重量或體積的電池儲(chǔ)存能量。影響因素電池化學(xué)成分、材料、結(jié)構(gòu)等。重要性決定電池的續(xù)航時(shí)間和應(yīng)用場(chǎng)景。5.循環(huán)壽命循環(huán)壽命是指電池在充放電過(guò)程中，能夠保持其容量和性能的次數(shù)。不同類(lèi)型的電池循環(huán)壽命差異很大，例如，鋰離子電池的循環(huán)壽命通常比鉛酸電池高得多。循環(huán)壽命還會(huì)受到電池使用環(huán)境、充電方式、放電深度等因素的影響。電池的充放電過(guò)程1充電將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，存儲(chǔ)在電池中2放電將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，供外部使用3循環(huán)電池反復(fù)進(jìn)行充放電過(guò)程電池在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)避免過(guò)度放電過(guò)度放電會(huì)導(dǎo)致電池性能下降，甚至損壞電池。避免高溫環(huán)境高