化学电源课件严

1、一、一次电池一、一次电池二、二次电池二、二次电池三、燃料电池三、燃料电池 形形色色的电池形形色色的电池 A A CuZn 稀稀H H2 2SOSO4 4KOH溶液溶液 CH4 O2 2 H2Oa极极 b极极用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池用途广泛的电池用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄像机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电各式各样的纽扣电池池1、化学电池、化学电池l化学电池是将化学能转变为电能的装置。化学电池是将化学能转变为电能的装置。l它主要包括一次电池、二次电池、燃料电池。它主

2、要包括一次电池、二次电池、燃料电池。l 一次电池一次电池（干电池）：活性物质消耗到一定程度，（干电池）：活性物质消耗到一定程度，就不能使用；就不能使用；l 二次电池二次电池（充电电池或蓄电池）：放电后可以再（充电电池或蓄电池）：放电后可以再充电使活性物质获得再生；充电使活性物质获得再生；l 燃料电池燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直：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。接转换成电能的化学电池。2、化学电池、化学电池的分类的分类化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂离

3、子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通普通锌锰锌锰干电池干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池锂电池3、衡量电池优劣、衡量电池优劣的的指标指标l 比能量：比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少，符号的多少，符号(Wh)/kg ,(Wh)/Ll 比功率：比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小，符号的大小，符号W/kg ,W/Ll 储存时间：储存时间：电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，更适合使用者多、功率大、储存时间

4、长的电池，更适合使用者的需要。的需要。一、一次电池一、一次电池普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等1、普通干电池、普通干电池负极负极正极正极422),(Zn NH ClZnCl MnO C电池反应：电池反应：（Zn）：）：Zn 2e- = Zn2+（MnO2和和C）：）：优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。2MnO2+2NH4+2e- =Mn2O3+2NH3+H2OZn+2MnO2+2NH4+

5、=Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O一、一次电池一、一次电池1、普通干电池、普通干电池普通锌锰电池普通锌锰电池一、一次电池一、一次电池1、普通干电池、普通干电池碱性电池碱性电池 普通锌锰电池普通锌锰电池一、一次电池一、一次电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池普通锌锰电池普通锌锰电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池碱性电池碱性电池 普通锌锰电池普通锌锰电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和

6、和 H2O等等碱性电池碱性电池 普通锌锰电池普通锌锰电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池普通锌锰电池普通锌锰电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池碱性电池碱性电池 普通锌锰电池普通锌锰电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等碱性电池碱性电池 普通锌锰电池普通锌锰电池1、普通干电池、普通干电池一、一次电池一、一次电池 随着用电器朝着随着用电器朝着小型化、多功能化发小型化、多功能化发

7、展的要求，对电池的展的要求，对电池的发展也提出了小型化、发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。多功能化发展的要求。 体积小、性能好的碱性锌锰电池应运体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。流大幅度提高。2、碱性锌、碱性锌-锰干电池锰干电池电解质：电解质：KOH负极：负极：ZnZnZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2正极：正极：MnOMnO2

8、 22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵多数只能一次使用，不能充电；价格较贵优点：优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电和连续放电电池反应：电池反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)23、锌银钮扣、锌银钮扣电池电池正极：正极：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH-负极：负极：Zn +2OH-2e- =Zn(OH)2总反应：总反应： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag4、锂电池、锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电池的锂是密度最小

9、的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。比能量高、相比较，使用寿命大大延长。比能量高、电压高、工作温度宽，可储存时间长。电压高、工作温度宽，可储存时间长。二、二次电池二、二次电池1、铅蓄电池、铅蓄电池 铅蓄电池是以平行排列的铅蓄电池是以平行排列的铅、铅锑合金或铅钙合金栅铅、铅锑合金或铅钙合金栅板为主架，栅格中交替地填板为主架，栅格中交替地填充着负极和正极地铅和二氧充着负极和正极地铅和二氧化铅，电解质为化铅，电解质为H2SO4溶液。溶液。H2SO4放电过程总反应：放电过程总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4

10、+2H2O Pb + SO42- -2e- =PbSO4 正极：正极：PbO2 + 4H+SO42-+2e- =PbSO4 +2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程充电过程充电过程PbSO4 +2e- =Pb + SO42- 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：PbSO4 +2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ SO42- 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：充电过程总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4铅蓄电池的充

11、放电过程：铅蓄电池的充放电过程：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电缺点：缺点：比能量低、笨重、废弃电池比能量低、笨重、废弃电池污染环境污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉便、安全可靠、价格低廉：(白色沉白色沉淀淀) 过程过程放电过程放电过程充电过程充电过程负极反应负极反应正正极反应极反应两电极质量两电极质量硫酸溶液硫酸溶液能量能量转换转换Pb(Pb(铅铅)PbSOPbSO4 4( (硫酸铅硫酸铅) )PbOPbO2 2PbSOPbSO4 4增加增加硫酸浓度变硫酸浓度变小小, ,密度密度变变小小化化学

12、学能能电电能能PbSOPbSO4 4 PbOPbO2 2PbSOPbSO4 4( (硫酸铅硫酸铅) Pb(Pb(铅铅) )减减少少硫酸硫酸浓浓度度变变大大, ,密度密度变变大大电电能能化化学学能能(负极负极)(正正极极) (电解液电解液) 电池反应电池反应Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电2.锂离子电池锂离子电池电池式：电池式：电池反应电池反应：LiCoO2C6放电充电CoO2LiC6 l2、锂离子电池的优越性能、锂离子电池的优越性能 l 相对于传统的镉镍电池相对于传统的镉镍电池(Ni/Cd)和氢镍电池和氢镍电池(Ni/MH),锂离子电池的电压大约是它们的锂离

13、子电池的电压大约是它们的3倍倍;重量比能量密度提高了约重量比能量密度提高了约3倍倍;对于同样的功对于同样的功率消耗，率消耗，锂离子电池的使用期限约为镍镉电锂离子电池的使用期限约为镍镉电池的池的2.252.57倍倍.现在锂离子电池已经是电现在锂离子电池已经是电子信息产品设计人员的普通配置子信息产品设计人员的普通配置.l1.工作电压高工作电压高 2.比能量大比能量大 3. 循环寿命循环寿命长长 l 4.自放电率低自放电率低 5. 无记忆效应无记忆效应 6.污染小污染小三、燃料电池三、燃料电池德国海军新一代燃料电池潜艇服役德国海军新一代燃料电池潜艇服役 这艘这艘212型潜艇是世界上最现代化的常规潜艇

14、。潜艇采用的型潜艇是世界上最现代化的常规潜艇。潜艇采用的燃料电池推进系统可使潜燃料电池推进系统可使潜 艇保持更长的潜航时间，更不容艇保持更长的潜航时间，更不容易被敌人探测到。易被敌人探测到。 三、燃料电池三、燃料电池燃料电池是一种燃料电池是一种连续连续地将燃料和氧化剂的化地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（学能直接转换成电能的化学电池。（氢气氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池燃料电池） 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 酸性电解质酸性电解质：碱性电解质碱性电解质负极负极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O正极正极: O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应

15、: 2H2+O2=2H2O负极：负极： 2H2-4e-=4H+正极：正极： O2+4H+4e-=2H2O总反应：总反应：2H2+O2=2H2O氢氧燃料电池的工作原理氢氧燃料电池的工作原理2e-2e-氢气氢气 H2OHH+OH OH-A氧气氧气 负极负极 正极正极书写电极反应式应注意以下几点书写电极反应式应注意以下几点2 2负极失电子所得氧化产物和正极得电子负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的价的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，在形式存在，在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32-形式存在）。形式存在）。1 1

16、将两极反应的电子得失数将两极反应的电子得失数配平配平后，相加后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应。另一极反应。3 3溶液中不存在溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与：在酸性溶液中它与H+结合成结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与、在碱性或中性溶液中它与水结合成水结合成OH-。例：例：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2H2 2+O+O2

17、2=2H=2H2 2O O，酸式电池中电解质是酸，其负极反，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为应可表示为2H2H2 2-4e-4e- -=4H=4H+ + ，则其正极反应式，则其正极反应式为为 。碱式电池的电解质是碱，。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为其正极反应式为O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e- -=4OH=4OH- -，则其负极反应，则其负极反应可表示为可表示为 。O O2 2+4e+4e- -+4H+4H+ +=2H=2H2 2O O 2H2H2 2-4e-4e- -+4OH+4OH- -=4H=4H2 2O O 课堂练习1、CH4、O2燃料电池，写出电极反应式

18、和电池总反应的离子方程式。（1）、电解质为KOH溶液负极：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O正极：2O2+8e-+4H2O=8OH-总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O（2）、电解质为稀H2SO4负极：CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+正极：2O2+8H+8e-=4H2O总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O课堂练习2、甲醇、氧气燃料电池，写出电极反应式和电池总反应的离子方程式。（1）、电解质为稀H2SO4负极：2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+正极：3O2+12H+12e-=6H2O总反应：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O（2）

19、、电解质为KOH溶液负极：2CH3OH+16OH-12e-=2CO32-+12H2O正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-总反应：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O练习练习3: 2004年江苏高考）碱性电池具有容量大、放年江苏高考）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：Zn s 2MnO2 s H2O l Zn OH 2 s Mn2O3 s 下列说法错误的是下列说法错误的是 （ ）A 电池工作时，锌失去电子电池工

20、作时，锌失去电子B 电池正极电极反应式为：电池正极电极反应式为： 2MnO2 s H2O l 2e Mn2O3 s 2OH aq C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D 外电路中每通过外电路中每通过0 2 mol电子，锌的质量理论上减电子，锌的质量理论上减小小6 5 g C C小结化学电源化学电源1、一次电池、一次电池2、二次电池、二次电池3、燃料电池、燃料电池锌锰干电池锌锰干电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池掌握每一类典型掌握每一类典型电池的正负极、电池的正负极、电极反应；电极反应；了解了解每一类电池的优每一类电池的优缺点；对其它电缺点；对其它电池有初步的认识