化學電池的種類

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下面介紹化學電池的種類:

1.干電池:普通鋅錳干電池的簡稱,在一般手電筒中使用鋅錳干電池,是用鋅皮制成的鋅筒作負極兼做容器,中央插一根碳棒作正極,碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物,并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜,隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液;電池頂端用蠟和火漆封口。在石墨周圍填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì),還填有MnO2作去極化劑(吸收正極放出的H2,防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象,即作去極劑),淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩個電極的遷移速率。

電極反應為:負極 Zn-2 e-=Zn2+

正極 2 NH4+ +2 e-=2NH3+H2

H2+2MnO2=Mn2O3+H2O

正極產(chǎn)生的NH3又和ZnCl2作用:Zn2++4NH3=[Zn(NH3)4]2+

干電池的總反應式:Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O或 2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn(NH3)2]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O 正極生成的氨被電解質(zhì)溶液吸收,生成的氫氣被二氧化錳氧化成水。

干電池的電壓1.5 V?1.6 V。在使用中鋅皮腐蝕,電壓逐漸下降,不能重新充電復原,因而不宜長時間連續(xù)使用。這種電池的電量小,在放電過程中容易發(fā)生氣漲或漏液。而今體積小,性能好的堿性鋅?錳干電池是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導電性能更好的堿性,負極也由鋅片改為鋅粉,反應面積成倍增加,使放電電流大加幅度提高。堿性干電池的容量和放電時間比普通干電池增加幾倍。

2.鉛蓄電池:鉛蓄電池可放電亦可充電,具有雙重功能。它是用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼,用含銻5%~8%的鉛銻合金鑄成格板,在正極格板上附著一層PbO2,負極格板上附著海綿狀金屬鉛,兩極均浸在一定濃度的硫酸溶液(密度為1.25?1.28 g / cm3)中,且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開。放電的電極反應為:負極:Pb+SO42- -2e- =PbSO4↓正極:PbO2+4H++SO42- +2e- =PbSO4↓+2H2O

鉛蓄電池的電壓正常情況下保持2.0 V,當電壓下降到1.85 V時,即當放電進行到硫酸濃度降低,溶液密度達1.18 g / cm3時即停止放電,而需要將蓄電池進行充電,其電極反應為:

陽極:PbSO4+2H2O-2e- =PbO2+4H++SO42-

陰極:PbSO4+2e- =Pb+SO42-

當密度增加至1.28 g / cm3時,應停止充電。這種電池性能良好,價格低廉,缺點是比較笨重。 放電 充電

蓄電池放電和充電的總反應式:PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4↓+2H2O

目前汽車上使用的電池,有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定,使用方便、安全、可靠,又可以循環(huán)使用,因此廣泛應用于國防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。

3.銀鋅蓄電池

銀鋅電池是一種高能電池,它質(zhì)量輕、體積小,是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站等的電源。目前,有一種類似干電池的充電電池,它實際是一種銀鋅蓄電池,電解液為KOH溶液。

常見的鈕扣電池也是銀鋅電池,它用不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒,盒內(nèi)靠正極盒一端充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料,負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料,電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液,溶液兩邊用羧甲基纖維素作隔膜,將電極與電解質(zhì)溶液隔開。

負極:Zn+2OH--2e- =Zn(OH)2

正極:Ag2O+H2O+2e- =2Ag+2OH-

銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣,在使用(放電)一段時間后就要充電,充電過程表示如下:

陽極:2Ag+2OH--2e- =Ag2O+H2O

陰極:Zn(OH)2+2e- =Zn+2OH- 放電 充電

總反應式:Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag一粒鈕扣電池的電壓達1.59 V,安裝在電子表里可使用兩年之久。

4.燃料電池:燃料電池是使燃料與氧化劑反應直接產(chǎn)生電流的一種原電池,所以燃料電池也是化學電源。它與其它電池不同,它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi),而是在工作時,不斷地從外界輸入,同時把電極反應產(chǎn)物不斷排出電池。因此,燃料電池是名符其實地把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。燃料電池的正極和負極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體;從正極連續(xù)通入氧氣或空氣。電解液可以用堿(如氫氧化鈉或氫氧化鉀等)把兩個電極隔開;瘜W反應的最終產(chǎn)物和燃燒時的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點是能量利用率高,設備輕便,減輕污染,能量轉(zhuǎn)換率可達70%以上。當前廣泛應用于空間技術的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池,它是一種高效低污染的新型電池,主要用于航天領域。它的電極材料一般為活化電極,碳電極上嵌有微細分散的鉑等金屬作催化劑,如鉑電極、活性炭電極等,具有很強的催化活性。電解質(zhì)溶液一般為40%的KOH溶液。

電極反應式為:負極 2H+2OH--2 e-=2H2O

正極 O2+2H2O+4 e-=4OH-

電池總反應式為:2H2+O2=2H2O

另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極,又在兩極上分別通甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)。

電極反應式為:負極:CH4+10OH--8e- = CO32- +7H2O;正極:4H2O+2O2+8e- =8OH-。

電池總反應式為:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O目前已研制成功的鋁?空氣燃料電池,它的優(yōu)點是:體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。這種電池可代替汽油作為汽車的動力,還能用于收音機、照明電源、野營炊具、野外作業(yè)工具等。5.鋰電池:鋰電池是金屬鋰作負極,石墨作正極,無機溶劑亞硫酰氯(SO2Cl2)在炭極上發(fā)生還原反應。電解液是由四氯鋁化鋰(LiAlCl4)溶解于亞硫酰氯中組成。它的總反應是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應,生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。

8Li+3SO2+Cl2=6LiCl+Li2SO3+2S

鋰是密度最小的金屬,用鋰作為電池的負極,跟用相同質(zhì)量的其它金屬作負極相比較,能在較小的體積和質(zhì)量下能放出較多的電能,放電時電壓十分穩(wěn)定,貯存時間長,能在216.3?344.1K溫度范圍內(nèi)工作,使用壽命大大延長。鋰電池是一種高能電池,它具有質(zhì)量輕、電壓高、工作效率高和貯存壽命長的優(yōu)點,因而已用于電腦、照相機、手表、心臟起博器上,以及作為火箭、導彈等的動力資源。

微型電池:常用于心臟起搏器和火箭的一種微型電池是鋰電池。這種電池容量大,電壓穩(wěn)定,能在-56.7℃?71.1℃溫度范圍內(nèi)正常工作。

6.海水電池

1991年,我國首創(chuàng)以鋁─空氣─海水電池為能源的新型電池,用作海水標志燈已研制成功。 該電池以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液,靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘,就會發(fā)出耀眼的白光,其能量比干電池高20─50倍。負極材料是鋁,正極材料可以用石墨。電極反應式為:

負極反應:Al-3 e-=Al3+,

正極反應:2H2O+O2+4 e-=4OH-。

電池總反應式為:4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3

7.溴?鋅蓄電池 國外新近研制的的基本構(gòu)造是用碳棒作兩極,溴化鋅溶液作電解液。

電極反應式為:負極反應:Zn-2e-=Zn2+

正極反應:Br2+2e-=2Br-

電池總反應式為:Zn+Br2=ZnBr2
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