化学电源的应用

1、化学电源的应用学院：化学化工学院班级:应化*-*JL*JL*姓名:戶.乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂/y指导老师：*教授*A*A*A*A*A*A*A*A*A*p*p*化学电源的应用在各种能源装置中，化学电源的主要特点是机动、使用方便、无噪声、对环境适应性强，十分之一克直至吨级的电池有基本相同的转换效率，广泛用于通讯、国防以及人们日常生活等各个领域。随着信息技术的发展,通讯技术产品开发的日新月异,高能化学电源成为电子产品的原动力.化学电源即化学电池,通称电池.早在远古时代,就有了类似今天的电池装置，但人们公认的第一个电池还是Volta在1800年利用不同金属与电解质接触所构成的“Votal堆”，电池技

2、术取得实质性进展始于19世纪.1860年，法国人Plante首次发明了实用的铅蓄电池，并于1882年商品化，这种电池至今仍是蓄电池的主导产品之一；1868年，法国工程师Gleclanche发明了采用NH4Cl水溶液作电解质溶液的锌/二氧化锰电池，而成为当今使用最广泛的锌锰电池的雏形（又称lecclanche），这种电池于1888年商品化;19世纪末20世纪初，镉镍、铁镍等碱性蓄电池系列相继问世；20世纪90年代，电子技术、移动通讯事业的进步推动了电池产业和技术的高速发展，金属氢化物镍电池、锂离子等新型蓄电池系列不断商品化.电动车的发展促进了锌空气、锌镍、燃料等系列取得突破性进展1.随着科学技术

3、的不断进步，新的电池系列越来越多.因而，化学电源是一门古老而又年轻的科学2.化学电源发展的基础18从历史发展来看，化学电源是依赖于汽车、电器、电力、电讯的发展而发展，随着社会的进步，人们生活水平的提高，电器产品及电讯工具和人们密不可分，因而为电器的发展奠定了基础.1电池随社会的需求而出现，随着科技的进步而发展电池虽然经历了两个世纪，然而在20世纪前几十年，电池理论和技术还处于停滞时期，直到上个世纪50年代，家庭电器化特别是半导体收音机的出现才带动了干电池的发展.60年代半导体的普及，促进了纸板电池的发展.70年代LED、LCD和CMOSIC计算机的出现，促进了电池的微型化.90年代随着移动电话

4、的出现出现了高能量密度锂离子电池以及MH/Ni电池的商品化.同样，电池随着航空航天的要求使以往设想的燃料电池达到实用化.2电池的进步，很大程度上取决于材料的进展碱锰电池的兴起，得益于电解二氧化锰，这的确是为了电池的需要引起的.但MH/Ni电池的兴起，吸氢材料的研究开始并非为了电池的需要.锂离子电池的开发有赖于碳素的研究，而导电聚合物材料的研究有可能改变固态电解质电池的面貌3.1.3电池的需用量是受使用电池器具的消费量所左右90年代的4C工业（计算机、移动电话、摄像机以及无绳工具）的普及，日常生活对电池的需要已到了须臾不可分离的地步.据报道，世界人口年均电池消耗量已达68只，而发达国家的年人均消

5、费量超过20只.因此电池的发展必须能赶上电器用具的发展.形状或方或圆，厚度或薄或厚，功率密度与能量密度或高或低，体积或大或小，质量或轻或重，用途可军可民，温度适应或高或低，承受冲击力可大可小，总之在20世纪的标准化有可能向非标准化迈进.化学电源的种类1锌-二氧化锰电池锌-二氧化锰电池(简称锌锰电池)采用二氧化锰作正极,锌作负极,氯化铵和氯化锌的水溶液作电解质溶液,面糊粉或浆层纸作隔离层.锌锰电池的电解质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其他载体上,而成不流动状态,所以又称“干电池”.锌锰电池常按用电器具的要求制成圆柱形和方形;按使用隔离层的区别分为糊式电池和纸板电池(包括铵型纸板电池和锌型纸板电池)

6、.锌锰电池适合小电流间歇放电,如收音机、手电筒等,是历史最悠久的电池产品4.目前,该产品仍然是民用电池的主导产品之一.碱性锌-二氧化锰是20世纪中期在锌锰电池的基础上发展起来的,是锌锰电池的改进型.它采用活性高的专用电解二氧化锰作正极活性物质,氢氧化钾水溶液作电解质溶液,锌膏作负极,电池采用反极结构,使电化学反应面积成倍增长,大电流连续放电,其容量是普通锌锰电池的5倍左右.碱性锌锰电池分为一次碱性锌锰电池和可充碱性锌锰电池,该电池也可根据用电器具的需要制成圆柱形和纽扣型.20世纪90年代初,碱性锌锰电池无汞化技术的突破和可充电的实现,使该产品的竞争力进一步加强,在20-30年之内,有着不可完全

7、取代的原电池地位.目前,“南孚”、“双鹿”、“白象”等品牌达到国际标准,生产速率最高200只/min5.2.2铅蓄电池铅蓄电池具有价格低廉,原料易得,使用可靠,又可大电流放电等优点,因此,一直是化学电源中产量大、应用广的产品.由正极板、负极板、电解液、隔板和容器(电解槽)等5个部分组成.采用二氧化铅作正极活性物质,铅作负极活性物质,硫酸作电解液,微孔橡胶、烧结式聚氯乙稀、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板.按用途可分为起动用、牵引用、铁路客车用、内燃机车用、船舶用、航空用、潜艇用、鱼雷用、坦克用等种类;接极板结构可分为涂膏式、管式和形成式等;按荷电状态等可分为干放电态、干荷电态、湿荷电态和免维护等;按电

8、池的外形结构可分为开口式、阀控密闭式、防酸隔爆式和消氢式等6.该电池具有工作电压高、高倍率放电性能和高低温性能好、无记忆效应等优点,但其比能量较低,废弃电池对环境污染严重,随着各种新系列蓄电池的不断问世,其应用领域将不断减少.3镍镉电池金属氢化物镍电池镉镍电池是1898年瑞典科学家Jungner发明，已有100年历史.它的负极是金属镉(Cd)，正极是二氧化镍(NiO2)，电解液是氢氧化钾(KOH)溶液.镉镍电池的性能特点:电池结构紧凑，耐冲击振动，自放电小，性能稳定，可大电流放电，循环寿命长,使用温度范围-2065C.但电流效率及能量效率欠佳，活性物质利用率较低，有记忆效应.为了解决金属镉对环

9、境的污染问题，人们找到了一种可替代金属镉的气态氢化物，制成氢化物镍电池.该电池是镉镍电池的换代产品，是以金属氢化物作负极，氧化镍作正极的碱性蓄电池.它具有以下特点:比能量高，是Cd-Ni电池的1.52倍;工作电压为1.23V,与Cd-Ni电池有互换性;可快速充放电，耐过充、过放性能优良，无记忆效应，贮氢材料来源广泛;不产生镉污染，被誉为“绿色电池”.开发“绿色电池”已越来越成为电池产企业关注的焦点，我国稀土资源十分丰富，开发我国无污染的“绿色电池”大有前途7.上述两种电池按封口的方法可分为开口式、密封式、全密封式;按照电极的制作分为袋式、粘结式、烧结式和泡沫式等.2.4锂电池以金属锂或锂的化合

10、物作活性物质的电池通称锂电池.锂电池有卷式圆柱形、电芯式圆柱形、扣式和矩形等多种结构，可分为一次锂电池和二次锂电池，一次锂电池通常以金属锂作负极，采用的电解质溶液都为非水电解质溶液，在有机溶剂中加入无机盐使之导电.一次锂电池存在安全性较差、功率低、成本高等不足.一般用于小电流放电的微型电器,如电子手表、计算器、电子照相机.锂离子电池是在锂电池基础上发展起来的新型电池.该电池用能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极,LiCoO2、LiNiO2、LiMn204等作正极，混和电解液如LiPF6的碳酸乙酯/碳酸甲乙酯溶液等作电解质溶液，既保持了高电压、高容量的优点,又具有比能量大、循环寿命长、安全

11、性能好、无记忆效应等特点,已广泛应用于手机、便携式视听设备、笔记本电脑等高档电器中,是目前最具有发展前途的小型二次电池8.锂聚合物电池是采用固态聚合物作电解质的锂离子电池,具有比能量大、超薄、超轻、柔软等特性,可实现电池的自由切割,又能以大电流放电.可用于通讯、便携式电子设备、电动车、军事、航天、航海设备9,随着该电池一些技术问题的解决，其应用范围将更加广泛，发展前景将更加广阔.5锌银电池以锌作负极活性物质、AgO/Ag20作正极活性物质的电池称为锌银电池.锌银电池亦分为一次锌银电池和锌银蓄电池两类.锌银一次电池适用于小电流连续放电的微型器具，广泛用于电子手表、照相机、微型电子仪器等小型电子器

12、具.锌银蓄电池主要用于军事、国防、尖端科技领域10，如卫星电源、航天起动电源、导弹用电源、鱼雷动力电源11、军用歼击机随航应急电源等.化学电源发展的方向1未来小型电池的前景十分乐观据有关统计2003年美国人均年耗电池21只，日本人均16只，欧洲为11只，我国仅为6只，而美洲3只不到.随着科技日益发展，对生活水平提高，将有多种形式的电器开拓而进入千家万户，这将促进小型电池的大量发展，人均将增加0.54只不等，即需增产电池数十亿只，电池前景十分乐观.3.2大型电池和中型电池的前景十分诱人由于人类环境意识的增强及石油的短缺，未来的汽车势必采用电动汽车.当前汽车所用的电池，其用途只作为起动、点火、照明

13、，需用量已在2亿只以上.如作为汽车动力用途，至少每辆车用8只以上，将形成供不应求的局面，前景十分诱人12.3.3动力电池动力电池是指具有较大电能容量和输出功率，可用作电动汽车、电动设备及工具驱动电源的电池，通常也包括军事及企事业单位使用的蓄能电池设备、通信指挥系统的常备电源等16。目前，正在研究和已经使用的动力电池可分为五类铅酸蓄电池、镍福电池、镍氢电池、铿离子电池和燃料电池。动力电池之所以成为当今世界的研究热点，主要是因为汽车大量增加，城市大气污染日益加剧同时，可开采利用的石油资源越来越少，迫使各国在寻找新能源，发展新的交通工具方面加快步伐，动力电池和电动汽车的发展被放在越来越重要的位置。3

14、.4核电池核电池是利用射线能量发电，大体上可分为直接和间接两种，也可按能量转换过程分为热转换机制和非热转换机制两大类。其工作原理基本上有以下几种直接充电机制接触势方法辐射伏特效应能量转换磁约束下粒子电磁辐射收集机制射线致荧光伏特效应温差发电机制热离子发射机制热机转换机制等。俄罗斯与美国等已将核电池用于心脏起搏器、无人气象站和无线电话等更为广泛的领域，并且开发出大功率热机制核电源，用于火箭的动力和航天器的电源17。此外，钠硫电池工作温度350C左右、钠氯化镍电池工作温度300350C之间、锉铝二硫化铁电池工作温度约为400C,这些高温电池性能虽好，但由于需要加温、保温和控温等附加设备,使其体积比

15、能量下降同时,高温工作电池的安全性总不能令人放心，因此还在进一步研制之中。3.5燃料电池燃料电池像发电厂一样只要供应燃料氢就能发电，化学能转化成电能的效率约为一，比发电厂的转化率高得多。二十世纪六十年代阿波罗飞船使用了燃料电池，生成对的水供宇航员喝。燃料电池电站的规模已达到一兆瓦。但至今燃料电池还处在研究阶段，投入的资金非常多。研究集中于然料电池电站和嫩料电池开车两个方面。但由于氢的安全和价格太贵还未实现产业化。研究甲醇、氨作为燃料，裂解成氢或用贮氢材料贮氢来解决氢的安全性问题，在燃料电池中使用的催化剂为铂和钉贵金属，价格高。研究减少催化剂的用量及其它催化剂的工作正在进行。江苏南师大与双灯合作

16、，研究低温燃料电池。4结论总之，无论是最有发展前景的新型绿色二次电池和燃料电池，还是具有巨大市场容量的传统产品的改进，都存在广阔的研发和创新空间。由于电子技术、通讯事业、信息产业的飞速发展及国际上对环境和资源保护的日益重视，促使化学电源产品向高容量、高性能、低消耗、无公害、体积小和重量轻的方向发展。小型二次高能电池朝着这个方向飞速前进，将成为世纪世界科技中一颗璀璨的明珠。我国自改革开放以来，电池工业和技术，各类新型电池的研究和开发，都取得长足进步，打下了一定的基础。相信我国的电池科技工作者一定能抓住加入的机遇，迎接挑战，锐意创新，在不久的将来创造出具有我国自有知识产权的新产品，新技术，新材料以

17、及新的生产装备。参考文献1王金良，马扣祥.化学电源科普知识J.电池工业,2000,.2夏熙.中国化学电源五十年(1)-锌/二氧化锰J.电池，1999，(5).3夏熙.迈向21世纪的化学电源J.电池,2000,.4王金良，马扣祥.化学电源科普知识J.电池工业,2000,.5王毓明,王坚.高能电池当代化学电源J.大学化学,2000,(5).6肖晓军，高剑南.几种发展中的化学电源简介J.知识介绍,1999,(7).7张继元.我国化学电源工业发展的方向J.电池工业,1996,(1).8曹云平.锂离子蓄电池的进展J.化工纵横,2000,(11).9游清治.锂在高新技术领域中的应用及进展J.新疆有色金属,2003,(4).10汪继强.化学电源技术发展和展望J.电源技术,1994,.11碚华,夏天.鱼雷动力电池研究进展J.鱼雷技术,2005,(2).12张继元.我国化学电源工业发展