各种电池的原理

材料0903 各种电池的原理 电源 把其他形式的能量转变为电能的装置 发电机通常将机械能转变为电能干电池 蓄电池将化学能转变为电能光电池将光能转变为电能原子电池将原子能转变为电能温差电池将热能转变为电能等等 非静电力 在电源内使正 负电荷分离 并使正电荷聚积到电源正极 负电荷聚积到电源负极的作用 非静电力是指除静电力外能对电荷流动起作用的力 并非泛指静电力外的一切作用力 例如引力就不是非静电力 因为它对电荷流动无作用 非静电力使电源两极间产生并维持一定的电势差 当电源两极与电路 例如导体 接通后 在静电力推动下 正电荷从电源正极经电路移至负极 电势降低 在电源内部 非静电力克服静电力的阻碍 使正电荷又从负极经电源内部移至正极 从而形成电荷流动的回路 因此 静电力和非静电力是构成电流回路的两个必要因素 各种电池中非静电力的来源 化学电池 干电池 蓄电池 非静电力是一种与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用 例如简单的铜锌原电池 正极 阴极 Cu 2eCu负极 阳极 Zn 2eZn 2 2 燃料电池 一种把燃料在燃烧过程中释放的化学能直接转换成电能的装置 与蓄电池不同之处 是它可以从外部分别向两个电极区域连续地补充燃料和氧化剂而不需要充电 燃料电池由燃料 例如氢 甲烷等 氧化剂 例如氧和空气等 电极和电解液等四部分构成 其电极具有催化性能 且是多孔结构的 以保证较大的活性面积 工作时将燃料通入负极 氧化剂通入正极 它们各自在电极的催化下进行电化学反应以获得电能 燃料电池具有以下特点 1 能量转化效率高他直接将燃料的化学能转化为电能 中间不经过燃烧过程 因而不受卡诺循环的限制 目前燃料电池系统的燃料 电能转换效率在45 60 而火力发电和核电的效率大约在30 40 参考文献 华中科技大学固体氧化物燃料电池研究开发进展李箭蒲健池波 一般发电机非静电力起源于磁场对运动电荷的作用 即洛伦兹力 光电池 光电池 是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件 原子能电池 即核电池 它是将原子核放射能直接转变为电能的装置核电池可分为高电压型和低电压型两种类型 高电压型核电池 以含有 射线源 锶 90或氚 的物质制成发射极 周围用涂有薄碳层的镍制成收集电极 中间是真空或固体介质 低电压型核电池 又分为温差电堆型 气体电离型和荧光 光电型三种结构 温差电堆型的原理同以放射性同位素为热源的温差发电器相同 故又称同位素温差发电器 原理 这种温差发电器是由一些性能优异的半导体材料 如碲化铋 碲化铅 锗硅合金和硒族化合物等 把许多材料串联起来组成 另外还得有一个合适的热源和换能器 在热源和换能器之间形成温差才可发电 核电池的热源是放射性同位素 它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式 向外放出比一般物质大得多的能量 核电池的核心是换能器 目前常用的换能器叫静态热电换能器 它利用热电偶的原理在不同的金属中产生电位差 从而发电 原理 由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同 当两种不同的金属导体接触时 在接触面上就会发生电子扩散 电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区的温度成正比 温差电源非静电力是一种与温度差和电子浓度差相联系的扩散作用 热电偶工作原理 两种不同成份的导体 称为热电偶丝材或热电极 两端接合成回路 当接合点的温度不同时 在回路中就会产生电动势 这种现象称为热电效应 而这种电动势称为热电势 应用 心脏搏动调节装置水下监听器和海底电缆的中继站在深海里 太阳能电池派不上用场 其他如燃料电池和化学电池的使用寿命又太短 因此现在已将核电池用作水下监听器和海底电缆的中继站的电源 用来监听敌潜水艇的活动和通讯 阿波罗飞船在阿波罗12号飞船上首次装载的放射性同位素电池 SNAP 27A装