第二节化学电源lh

1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源2世界上第一块电池世界上第一块电池-伏打电池伏打电池这就是公元这就是公元 1800 年，年，科学家伏打制造出的科学家伏打制造出的第一个电池。他把含第一个电池。他把含食盐水的湿抹布，夹食盐水的湿抹布，夹在银和锌的圆形板中在银和锌的圆形板中间，堆积成圆柱状，间，堆积成圆柱状，制造出最早的电池制造出最早的电池伏打电池（伏打电堆）伏打电池（伏打电堆）3锌铜原电池工作原理锌铜原电池工作原理4如何解决原电池存在的电流电压不稳定、如何解决原电池存在的电流电压不稳定、下降快、效率低的问题？下降快、效率低的问题？5此电池的优点：此电池的优点：能产生

2、持续、能产生持续、稳定的电流。稳定的电流。1836年丹尼尔改进后的伏打电池年丹尼尔改进后的伏打电池61860 年，法国的雷克兰士发明了世界上广年，法国的雷克兰士发明了世界上广受使用的电池（锌锰电池）的前身受使用的电池（锌锰电池）的前身锌锰锌锰“湿电池湿电池”（即碳锌电池）。（即碳锌电池）。1887 年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。于是，干电池诞生了。因此获得了广泛应用。于是，干电池诞生了。锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类

3、电电池池知识点知识点1：各类电池：各类电池学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？道电池的其它应用吗？ 电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置能通过热能转换器转变为电能的装置碱性锌锰电池、锌银电池、碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。电池、锂离子电池等。

4、广泛应用于通讯、交通、文广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品。化、办公及家用电子产品。高科技、军事、生产行业也高科技、军事、生产行业也有特殊应用。有特殊应用。阅读课本阅读课本P74【思考思考】目前化学电池主要分为哪几个大类？目前化学电池主要分为哪几个大类？ 在性能等方面它们各有什么特点？在性能等方面它们各有什么特点？ 产生电能的基本原理是什么？产生电能的基本原理是什么？化学电池与其他能源相比有哪些优点？化学电池与其他能源相比有哪些优点？判断电池的优劣标准主要是什么？判断电池的优劣标准主要是什么？知识点知识点2：化学电池：化学电池1)概念概念:将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装

5、置2)分类分类:一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如：干电池如：干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池3)优点优点:4)电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:能量转换效率高，供能稳定可靠。能量转换效率高，供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。使用方便。易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。比能量比能量符号符号(Wh/kg)，(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比功率比功率符号

6、是符号是W/kg，W/L)指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短1 1、干电池、干电池( (普通锌锰电池）普通锌锰电池）干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电解质溶液，还和淀粉作电解质溶液，还填充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2，防止产生极化，防止产生极化现象。电极总的反应式为：现象。电极总的

7、反应式为：Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O请写出各电极的电极反应请写出各电极的电极反应: :一、一、 一次电池一次电池练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。式。负极负极正极正极总反应总反应 通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？断它已经不能正常供电了？_我们在使用干我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能电池

8、的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？是干电池中的什么成分起了作用？_Zn-2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O锌筒变软，电池表面变得不平整锌筒变软，电池表面变得不平整MnO2Zn+2MnOZn+2MnO2 + 2NH + 2NH4Cl = ZnClCl = ZnCl2+ Mn+ Mn2O O3+2NH+2NH3+H+H2O O2.碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极：正极：电池总反应电池总反应：电解质：电解质：KOH溶液溶液ZnZnMnOMnO2 2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH

9、)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考该电池的正负极材料和电解质思考该电池的正负极材料和电解质 Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)22 2、银锌电池、银锌电池 正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨和石墨，负极盖填充，负极盖填充锌汞合锌汞合金金，电解质，电解质KOHKOH溶液溶液。总反应式为：。总反应式为： Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2写出电极反应式写出电极反应式。Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2电极反应：电极反应： 负极：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn

10、(OH)2 正极：正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池1.铅蓄电池铅蓄电池1)正负极材料正负极材料 正极：正极：PbO2负极：负极：Pb2)工作机制工作机制电解质：电解质：H2SO4溶液溶液 铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程电和充电两个过程放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4

11、H+SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +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Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + 4H+ 2SO42- 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(s)+2H2O(l

12、)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：放电放电充电充电【铅蓄电池优缺点简析铅蓄电池优缺点简析】缺点：缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池离子蓄电池镍镍镉（镉（KOH）可充电电池可发生如下反应：）可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2放电放

13、电充电充电电极反应：电极反应：负极：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-3 3、镉镍电池、镉镍电池大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的料电池的能量转化率可达近能量转化率可达近80%80%，约为火力发，约为火力发电的电的2 2倍。这是因为火力发电中放出的废热太倍。这是

14、因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；废气污染都接近零；燃料电池发明于燃料电池发明于1919世纪世纪3030年代年代末，经反复试验、改进，到末，经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代才开始进入年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：大致情况如下： 新型燃料电池新型燃料电池 燃料电池不是把燃料电池不是把还原剂还原剂、氧化剂氧化剂物质全物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池界输入，

15、同时将电极反应产物不断排出电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池在不同环境下：氢氧燃料电池在不同环境下：2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-固体燃料电池固体燃料电池2H2 - 4e- +2O2= 2H2O O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 将铂丝插入将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气

16、，可以形成原电池，极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应，这一极的电极反应为为_；通入氧气的一极；通入氧气的一极为为_，电极反应为，电极反应为_，总，总反应为反应为_。负极负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若将氢气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应电池的发展方向电池的发展方向 光电池使用方便光电池使用方便, ,特别是近年来特别是近年来 微小型半导体逆变器微小型半导体逆变