电池与环保

电池与环保一、电池的类型电池，做为提供直流电的能源，已广泛用于航天、科学实验和日常生活中，电池的种类也从最早的原电池-伏打电堆发展到铅蓄电池、镉镍电池，直至新型的氢镍电池，锂电池。现在我就为大家介绍一下庞大的电池家族。 （一）原电池- 一次电池所谓一次电池，就是指放电后不能充电使其复原的电池。通常由正极、负极、电解质和容器、隔膜组成，历史上第一个原电池是由伏打在18世纪末发明的。当时这个电池是由一些金属（铜、银、锌）片和湿的硬纸片组成。伏打是这样描述他的电池的；用水（盐水更好）把这些硬圆纸片浸湿，先在桌上放一块银片，再放上一块锌片，然后在它的上面放一个湿润的硬纸片，再在上面放一块银片和锌片及硬纸片，如此循环放置，直至一定高度，就组成了电堆。这是历史上最原始的电池，也称作原电池，现在所用的一次电池主要有两种：1.锌锰电池该种电池表达式为：Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2(C)生活中常用的1号或5号干电池就多是该种电池，实际制造时，锌皮做负极同时兼作容器外皮，正极氧化锰为粉末，依靠碳棒导电。两层隔膜中的电解液制成糊状以限制其流电又可让离子发生迁移。此种电池适用于间歇式放电场合，如手电筒、收音机等。其工作电压为1.51.6V。由于外皮由锌组成，所以电池用完时，锌皮易被蚀穿而使电解液（NH4Cl）渗出，所以电池用完后应取出以免腐蚀电器。2.碱性锌锰电池这种电池性能优于传统干电池，它于1912年开发，直到1949年投产问世，该电池电解液为碱性，有良好的导电性能，负极为锌池，反应面积增大，所以可以连续大容量放电，外壳为铁皮封闭，可防电解液渗漏。所以该电池是良好的传统干电池的替代产品，但价格略高于传统干电池。3.锌银扣式电池该电池表达式为：Zn|KOH|Ag2O 这种电池体积小，但有优越的大电池放电性能，放电电压平稳，被广泛用于电子表、石英钟、计算机CMOS电池等。（二）蓄电池-二次电池二次电池，就是利用化学反应的可逆性，在电池中化学能转化为电能后，用外加电能使电池中化学体系复原，重新利用的电池。该类电池主要有：1.铅蓄电池该电池表达式为：Pb|H2SO4|PbO2 这是最常用的二次电池，硫酸在电池中不仅可传达电流，且参加电池反应，随放电进行，硫酸逐渐减少，且有水生成，所以硫酸浓度不断下降；充电时，硫酸不断生成，硫酸浓度不断增加，所以可用电池中硫酸浓度估计蓄电池荷电状态，该种电池单体正常工作电压为2.0V，必要时可串联多个使用以提高供电电压。2.碱式镍镉电池该电池表达式为：Cd|KOH(或NaOH)|NiOOH 这种电池使用寿命长，可循环充放电数4次，机械性能好，耐冲击，耐振动，自放电小，额定电压为1.2V，所以广泛用于日常生活中。例如我们用的随身听等小电器均可用该种充电电池。3.氢镍电池该种电池反应复杂，有正常工作，过充电和过额电时有不同的电化学反应。氢镍电池的电解液为1.3g/cm3的氢氧化钾水溶液。这种电池的突出优点是循环使用寿命长，可达10年，缺点是成本较高，自放电速度较大，且由于内部有4MPa气压，所以有爆炸的可能性，但其前景很乐观。现已逐步在航天领域取代镉镍电池。现在的笔记本电池也有部分使用氢镍电池。（三）新型电池随着科技发展，在原有原始电池基础上，发展了一些新型高性能电池并已在社会生产生活各方面广泛应用，最突出的例子就是锂电池和燃料电池。1.锂电池由于锂密度很小，仅为水的一半，且电极电势很低，所以用锂做负极的电池应具有最大的比能量，即单位重量的电极物质能释放最大的电能，由于锂与水剧烈反应，所以用非水电解液，正极常用MnO2或CuO等。日本三洋公司最早推出的就是Li/MnO2电池。锂电池作为一种新型电池，既可做成一次电池，也可制成二次电池，其有极优异的性能，主要有比能量高，有宽广的温度使用范围，放电电压平坦，体积小，无电解液渗漏，并且电压随放电时间缓慢下降，可预示电池使用寿命。该电池特别适于做为心脏起搏器电源。锂电池也可用做高性能的手机电池，笔记本电脑电池等。2.燃料电池燃料电池是从原理上产生飞跃的电池，它虽然仍是利用氧化还原反应，但其工作物质可以源源不断由外部输入，因此可长时间不断工作，电池工作时将反应物（燃料）中的化学能直接转化为电能，燃料和氧化剂不断分别输至电池两极，确保电池连续稳定工作，常用的燃料电池燃料可用H2、CH4等。燃料电池特别适宜航天事业，首先燃料电池有很高的质量比能量，可减轻重量以降低发射费用。其次燃料电池产物多为水，经处理后为供宇航员食用，可减少携带重量。以上只是众多电池中的一部分，并且更新的电池正不断出现，小小的电池中竟有如此多的学问，这就是化学的神妙。电池具有广大的消费市场和广阔的应用领域，如极为普通的手电、手机、随身听、燃气灶到距寻常生活较远的航空航天飞行器、宇宙空间站的太阳能电池板电池等，它们无不发挥着重大作用。由于电池消耗量大，对环境的负面影响不可忽略，因此通过此项调查活动宣传环保知识，增强民众的环保意识，具有现实意义。 二、废电池的危害当电池内部的化学物质反应完全后，电池再也不能供电了，成了一颗废电池，通常情况下人们就随手一丢，再买过另一颗新的。大多数人会说，这是很正常的哩。但他们没有想到，就在那举手投足之下，也是在破坏他们的家园地球。也许有人会问：“就这么一个小东西对于地球来说，能有什么了不起呢！还说什么破坏？”电池看上去并不那么具有破坏力，但是看东西不能全看表面。废电池里含有大量重金属汞、镉、锰、铅等。当废电池日晒雨淋表面皮层锈蚀了，其中的成分就会渗透到土壤和地下水，人们一旦食用受污染的土地生产的农作物或是喝了受污染了的水，这些有毒的重金属就会进入人的体内，慢慢的沉积下来，对人类健康造成极大的威胁！据测量一节一号电池烂在土壤里，可以使一平方米土地失去利用价值；一个扣钮电池可以污染60万升水，相当于一个人一生的饮水量。就近全球50亿人来计每个月每人丢一颗电池，一年累积下来600亿颗电池，对地球的破坏力可说是很大的了，其对人类健康危害造成的后果更难以想象了，据统计，仅北京市每年因废电池而进入自然环境的汞竟然达到29.6吨，这数目不能不让人头痛。所以废旧电池是不可以随意丢弃的。在废电池回收上，各国都很重视。另外，发达国家生产的各类锌锰子电池已是无汞电池了。而且发达国家也不允许进口含汞电池。因此中国的含汞电池也不能进入欧美发达废旧电池中含有多种重金属和酸、碱等有害物质，像重金属离子Hg2+会造成地下水污染和土壤的污染，从而破坏动、植物的生长，回收废旧电池能避免这些。从公众健康来说，有些废旧电池有辐射，会严重影响人的健康，饮用了受废旧电池污染的水会引发多种疾病，甚至导致死亡。废电池中有色金属可以被再度利用，例如蓄电池用完后,可以回收,将两极的铅板重新回炉铸成,这样可以大量减少铅的流失既然废旧电池有这么多的害处，而其回收利用的前景又大有可为，那么我们应该积极地采取某种措施，以用来变废为宝，减少资源流失。三、治理废充电池污染之我见1、铅蓄电池实行以旧换新铅蓄电池的回收可以实行销售许可证制度。具体做法是由政府的某个执法部门（如环保局）或由批准成立专门的公司对销售铅蓄电池的商业部门（包括工厂）发放销售许可证，同时签订以旧换新的合同，所有铅蓄电池衽以旧换新。新购电池时必须交纳较大数额的押金，换购电池时返还押金。废弃铅蓄电池的处理由指定的工厂进行，在全国分区域指定几家具有一定规模、技术先进的铅冶炼厂，完善处理设施进行集中处理。2、使用小型二次电池强制回收镉镍电池，引导消费“环保型”电池。小型二次电池的回收可对镉镍电池征收回收费，回收费的一部分用于支付给电池回收者，一部分用于补贴废电池处理厂。回收费的征收使镉镍电池售价相对较高，以此来改变消费者的消费行为，使小型二次电池的消费重点转向氢镍、锂离子电池等污染相对较小的“环保型”电池。小型二次电池的再生利用应先选择有条件的单位进行资源化示范工程的研究，开发经济、科学、可行的环境无害化处理技术，成功后再向全国推广，一哄而上，浪费财力，弄不好还会造成更大的污染。在没有成熟的处理技术前，建议采用“深埋”的办法。3、普通民用干电池重点落实无汞化锌锰和碱性锌锰等民用干电池目前的再生技术尚不成熟，废弃电池的回收处理完全依靠企业行为实现自负盈亏难度较大。借鉴发达国家做法：一方面应重点抓好污染源的控制，普通电池的污染主要是汞污染，应从电池设计和生产着手，重点抓好电池无汞化的实施。国家经贸委等九部委关于“限制电池产品汞含量的规定”要求2001年实现电池低汞化（汞含量低于电池总质量的0.025%），2005年实现碱性锌锰电池生产无汞化（汞含量低于电池总质量的0.0001%）。达到这一目标的关键是执法的力度。另一方面，要抓紧开发环境无害化处理技术，废电池收集后的出路在于环境无害化的处理，处理技术的先进性、经济性直接影响治理污染的最终效果。现阶段，废弃民用电池的回收应抓紧制定有关法规和可操作的实施细则，同时加强电池回收的宣传力度，使公民养成自觉回收电池的习惯。4、电池产品应标注回收标识为提高全民的环保意识，使消费者自觉养成分拣垃圾、回收电池的习惯，建议厂家在包装物或单体电池上用文字标注环保宣传内容，如“不能作生活垃圾处理”、“注意回收”等字样。环保部门也可做出相应的规定。5、建立有效的废弃电池管理体系减轻和治理废弃电池的污染关键是要尽快建立废电池回收再生体系。说来说去，搬来搬去都无济于事，关键在于实际、有效的措施。首先，国家必须明确管理废电池回收利用的第一职能部门。其次，组织有关部门，根据不同类型的电池，制定回收、再生实施细则，还要建立一套完善的监督机构，甚至可以通过法律解决，这在国外也不无先例。6、回收处理废弃电池，国家应从政策上给予扶持废电池的回收再利用是一项较复杂的系统工作，其管理过程应根据国情综合考虑环境、经济、技术水平和行业发展等多方面的因素。废旧电池的回收处理工作要循序渐进。可以肯定，废弃电池特别是小型二次电池和民用干电池，回收处理成本高，盈利的难度较大。废旧电池的处理要在产业经济的轨道上运行，必须获得政府的支持，否则，永远只是“纸上谈兵”。为了环境保护的百年大计，建议有关部门在政策、税收和投资方面给予扶持，特别是项目投资，应给予一定补贴或作为公益事业来办。当然废弃电池处理再利用投资较大，如果全国浪费太大，也无必要，可在处理技术成熟的基础上近区域建成几个处理站集中处理。废电池的无害化处理和综合利用对保护环境、节约资源意义重大，出台支持废电池回收再生的政策已迫在眉睫。“地球只有一个”保护环境，爱护地球，给子孙后代留下一片蓝天和碧水，是全世界人民所向往并为之奋斗的目标。废弃电池对环境的污染已是一个不争的事实，关注电池的回收再利用，发展无污染、无公害的“绿色”化学电源产品已是时代要求和大势所趋，也是电池产品可持续发展的必由之路。随着中国经济国际化程度的加深，随着中国加入WTO进程的加快，国人的环境保护意识越来越强，全社会对电池污染环境、要求回收、处理废弃电池的呼声也越来越高，实现废弃电池回收、处理再利用已迫在眉睫，刻不容缓。四废旧电池的污染实验（一）电池中重金属对植物生长的影响为了考察电池污染对植物生长的影响，我们设计了几个实验：将Ni-Cd电池锯开，用水浸泡，考察浸泡水对豆芽和花生长的影响情况。图1、图2及图三分别表示每天加一滴、两滴Ni-Cd电池浸泡液或不加Ni-Cd电池浸泡液对豆芽和话的影响情况。（二）Ni-Cd电池中镉含量测定最初设想：乙二胺掩蔽Ni，酒石酸掩蔽Fe，氨缓冲溶液（pH=10），以铬黑T为指示剂用EDTA滴定。后来：用phen和KI 将Cd沉淀为Cd(phen)2I2.分离，溶解后用EDTA滴定。（自以为绝对可行的滴定：溶液稀释后，加入定量Cd， 用乙二胺掩蔽Ni，三乙醇胺掩蔽Fe，氨缓冲溶液（pH=10），以铬黑T为指示剂用EDTA滴定。）但是，整个研究性学习的过程比我们当初想象的困难得多。当初提出的理论上的方法在实际中根本不可行，很多东西比想象中复杂得多。特别是镍的测定，为了把电池打开将电极材料取出就费了好大劲，后面的测定更不用说，由于我们测定的体系复杂，而且用到的试剂也受限制，很多方法都不能用。为了用我们有的试剂，用络合滴定的方法把镍测出，我们查了当量的文献，也用了几种方法进行尝试，但都因为这样或那样的原因失败了。 五、问卷调查表 （1）你每月大概用多少电池A、13只 B、46只 C、6只以上 D、不用（2） 你有没有收集废旧电池的习惯：A、有 B、没有 C、有时（3）你用过的电池一般怎么处理：A、扔进垃圾桶 B、随处乱放 C、放进回收箱（4）你知道废旧电池对环境的危害吗：A、知道 B、不知道 C、知道一点（5）你认为我市对于回收废旧电池管理如何：A、很好 B、一般 C、不重视 D、不知道（6）在我市，你看到有环保型分类垃圾箱或是回收箱吗： A、经常看到 B、有时 C、几乎没有 D、不知道(7)谈谈你对废旧电池回收的看法、存在的问题和建议 六、研究感想在这次调查研究中，我们都有了很大的收获。比如怎么与同学合作，如何收集权威的资料，如何整理调查报告，更重要的是我们从调查电池与环保这一课题中了解与学习到了有关知识：如原电池的构造及其原理，蓄电池的化学反应及有效利用，新型电池的开发，废电池的危害我们还一起研究实验了废旧电池的污染情况。通过研究电池中的重金属对植物（实验中我们采用了豆芽作为实验材料）生长的影响，Ni-Cd电池中镉含量测定，加深了我们对电池的了解，更加明白的了解了电池的危害。电池的有效回收是非常重要关键的。废旧电池中含有多种重金属和酸、碱等有害物质，像重金属离子Hg2+会造成地下水污染和土壤的污染，从而破坏动、植物的生长，回收废旧电池能避免这些。从公众健康来说，有些废旧电池有辐射，会严重影响人的健康，饮用了受废旧电池污染的水会引发多种疾病，甚至导致死亡。废电池中有色金属可以被再度利用，例如蓄电池用完后,可以回收,将两极的铅板重新回炉铸成,这样可以大量减少铅的流失，既然废旧电池有这么多的害处，而其回收利用的前景又大有可为，那么我们