化学电池工作原理

1、化学电池工作原理【摘 要】 本文主要对氢镍电池、镉镍电池、锂离子电池、铅酸电池的化学组成、工作原理进行了评述，其中这些电池中含有的有毒的重金属如锂、镉、铅等会造成人体代谢作用、生殖及神经方面的疾病及对人们的生存环境产生影响，本文就废旧电池中重金属可回收价值进行了讨论，并对其回收方法进行了介绍。【关键词】 化学电池 原理 污染 危害 治理措目前，人们的日常生活中几乎一天也离不开电池。据统计，中国电池生产企业有1400多家，1999年已达到150亿节。电池的主要成分为锰、汞、锌、铬等重金属。电池的种类很多，主要分为原电池（一次电池）、蓄电池（二次电池）、燃料电池、太阳能电池等。目前遍使用的是一次性

2、电池与蓄电池。1 几种常见电池的工作原理1.1 锂离子电池1990年前后发明了锂离子电池，1991年实现了商品化。它是在锂电池的基础上发展而来的。锂电池的负极材料是金属锂，正极材料是碳材，称这种电池为锂电池。而锂离子电池的正极材料是锂嵌入化合物，负极材料是碳材。没由于锂离子电池中不含汞、镉、铅等毒害大的重金属元素，因此常被认为是绿色电池，对环境的污染程度相对较小。但锂离子电池的正负极材料、电解质溶液等物质对环境和人体健康还是有很大影响。废旧锂离子电池中既有原有组成物质，又有冲放电过程中副反应产生的新物质，废旧电池被丢弃在环境中，因各种原因破裂而使电池中的物质进人到环境中，造成环境污染。1.2

3、锂离子电池工作原理锂离子二次电池的反应实质上为一个Li+浓差电池，充电时，Li+从正极脱出并嵌入负极晶格，正极处于贫锂态；放电时，Li+从负极脱出并插入正极，正极为富锂态。以石墨/锂钴氧电池为例，充电时正极LiCoO2中的锂离子迁出，经过电解液，嵌入石墨的碳层间，在电池内形成锂碳层间化合物；放电时，过程刚好相反，即锂离子从石墨负极的层间迁出，经过电解液，进入正极LiCoO2中。电池的各电极反应和电池的反应分别为：负极：6C+xLi+xe-=LixC6正极：LiCoO2=xLi+Li1-xCoO2+Xe-电池总反应：LiCoO2+6C=li1-xCoO2+LixC62 锂离子电池电极材料的化学特

4、性与潜在污染性LiCoO2与水、酸或氧化剂发生强烈反应，燃烧或受热分解产生有毒的锂、钴氧化物，重金属钴污染使环境升高。LiMn2O4与有机溶剂或还原剂或强氧化剂（双氧水、氯酸盐等、金属粉末等）发生反应可产生有毒气体Cl2受热分解产生氧气，重金属锰污染使环境pH升高。LiNiO2受热分解为Li2O、NiO和O2遇水、酸发生分解。重金属镍污染使环境pH升高。（1）镍氢电池的工作原理：氢镍电池是以Ni（OH）2为正极材料，贮氢合金材料为负极材料的碱性二次电池，电极反应如下正极：Ni（OH）2 +OH-=NiOOH+H2O+e-负极：M+H2O+e-=MH+OH-当电池过充电时在正极上生成氧：2OH-

5、H2O+12O2+2e-，在负极上消耗氧：2MH+1/2O22M+H2O。当电池过放电时在正极上生成氢：2H2O+e-H2+OH-，在负极上消耗氢：H2+2OH-2H2O+2e-。当电池放电时，金属氢化物中的氢被氧化成H2O，子释放到外电路中，NiOOH正极还原成氢氧化镍；当电池充电时，水电解生成H2，并被贮氢合金所吸收，氢氧化镍氧化成NiOOH。无论是过充电还是过放电反应，总体上均没有发生净变化。（2）镍氢电池的对人体的危害：随着镍氢电池产量和使用量的日益增加，带来了不少废弃物。镍盐可引起金属热剧烈，瘙痒和湿疹，羰基镍可引起头痛、头晕、头发沉、步态不稳、恶心、呕吐、胸闷等麻痹神经系统，严重刺

6、激呼吸道，从而引起炎症和肺水肿。2.1 铅酸电池铅酸蓄电池由于其性价比高、功率特性好、自放电小、高低温性能优越、运行安全可靠、回收技术成熟以及铅的再利用率高等优点，长期以来一直是世界上产量最大的电池产品。其产值及销售额至今仍占全球电池的一半。占二次电池的70%。今天，中国已经发展成为全球铅酸蓄电池的生产基地，铅的消耗量已经超过美国成为全球铅用量的第一大国。目前还没有能够永久使用的电池，因此，废旧铅酸电池的回收处理问题逐渐凸现出来，并有可能产生二次污染，应引起重视加以治理。（1）铅酸电池的工作原理：1859年，铅酸蓄电池由普兰特发明。葛拉斯顿和特瑞比提出了解释蓄电池成流反应的“双极硫酸盐化理论”.放电时：正极板二氧化铅转化为硫酸铅，酸中的氢离子得电子转化为水。负极板铅粉末也转化为硫酸铅，硫酸根失电子在负极产生电子，电子在外回路中产生电流。充电时：与上述过程相反，硫酸铅转化为具有不同能量状态的二氧化铅和纯铅。（2）铅酸电池对人体的危害：废旧铅酸电池的硫酸以及铅、锑、砷、镍等重金属对环境产生污染，而且铅酸电池中的重金属都有一定的毒性。在废旧电池的回收利用过程中，铅粉尘是主要污染物，有可能进入人体的血液