电化学基础第二节化学电源.ppt

第四章 电化学基础,2019年7月23日星期二,第二节 化学电源,、化学电池分类,电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用,又称充电电池或蓄电池在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用,是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池,干电池：,电池中的电解质溶液制成胶体，不流动，故称干电池,铅蓄电池、 锌银蓄电池、 镍镉电池、 锂离子电池,氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池。,如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池,一、化学电池,小型高性能燃料电池,二、一次电池（干电池）,1、普通锌锰干电池：负极：Zn 正极：MnO2 和炭黑 电解质:NH4Cl 负 极：Zn - 2e Zn2+ 正 极：2NH4+ + 2e+2MnO2 Mn2O3+ 2NH3 H2O 总反应：Zn + 2NH4+ +2MnO2 Zn2+ +Mn2O3+ 2NH3 H2O,优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，易气涨或漏液,负 极：Zn - 2e + 2OH- Zn(OH)2 正 极：2MnO2 + 2e+ 2H2O 2MnOOH + 2OH- 总反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O 2MnOOH + Zn(OH)2,优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍， 不会气涨或漏液。,缺点：只能一次使用，不能充电；价格较贵。,电极: Zn为负极,MnO2为正极,电解液： KOH,2、碱性锌锰干电池：,3、银锌电池,总反应式: ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2 电极反应式:,负极: Zn2OH-2e-Zn(OH)2 正极: Ag2OH2O2e-2Ag2OH-,这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适 宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。,负极:Zn,正极:Ag2O,电解质:KOH,4、锂电池,用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。,锂电池的负极是Li,正极可以是MnO2、CuO、FeS2等,三、二次电池,又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，使活性物质可以获得再生。这类电池可反复多次使用。,电极：Pb为负极；PbO2为正极.,电解液:30%的H2SO4溶液,放电的过程:,负极(Pb)： Pb + SO42 -2e-PbSO4,正极(PbO2)：PbO2 + 4H+ +SO42- + 2e PbSO4 +2H2O,总电池反应:PbO2 + Pb +2H2SO42PbSO4+ 2H2O,铅蓄电池(二次电池),充电过程：,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq),还原反应,阴极（接电源负极）：,阳极（接电源正极）：,2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + H+(aq)+ SO42-(aq),氧化反应,充电过程总反应：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境 优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉 其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池,铅蓄电池的充放电过程：,铅蓄电池的优缺点简析：,Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq ) 2PbSO4(s)+2H2O(l),四、燃料电池,一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。清洁、能量转换率高的特点。,中性电解质: 负 极: 2H2- 4e- =4H+ 正 极: O2+ 2H2O+ 4e- = 4OH- 总反应: 2H2+ O2 = 2H2O,1、氢氧燃料电池,负极:2H2 - 4e- = 4H+,正极:O2 + 4H+4e- = 2H2O,总反应:2H2 + O2 = 2H2O,酸性电解质:,碱性电解质:,负极:2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O,正极:O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-,总反应:2H2 + O2 = 2H2O,氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电池。,1、氢氧燃料电池,负极:CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O,正极:2O2+4H2O+8e-=8OH-,总反应: CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,2、甲烷燃料电池（电解质溶液：KOH）,甲醇燃料电池(电解质溶液：KOH) 2CH3OH+4OH-+3O2=2CO32-+6H2O,正极： 3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH-,负极： 2CH3OH+1