化学电源实用教案

1、叠层电池纽扣电池1、各类电池(dinch)太阳能电池(dinch)铅蓄电池第1页/共28页第一页，共29页。2、化学电池1)概念(ginin):将化学能变成电能(dinnng)的装置2)分类(fn li):一次电池又称不可充电电池或干电池二次电池又称充电电池或蓄电池燃料电池3)优点: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，使用方便易维护，可在各种环境下工作第2页/共28页第二页，共29页。4)电池优劣的判断(pndun)标准:比能量(nngling)单位(dnwi)：(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。比功率单位：（

2、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。电池的可储存时间的长短 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，其质量好。第3页/共28页第三页，共29页。二、化学电池的分类二、化学电池的分类(fn li)化学电池化学电池一次电池一次电池(dinch)二次电池二次电池(dinch)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化学电源化学电源第4页/共28页第四页，共29页。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

3、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、普通(ptng)干干电池电池负极负极(fj)正极正极(zhngj)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。2NH4+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2OZn+2NH4+2MnO2= Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O(一)一次电池第5页/共28页第五页，共29页。2、碱性(jin xn)锌-锰干电池负极

4、(fj)Zn正极(zhngj)MnO2电池反应：电解质：KOHZn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)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？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第6页/共28页第六页，共29页。3、锌银钮扣、锌银钮扣(ni ku)电池电池正极正极(zhngj)：Ag2O + H2O+ 2e- =2Ag+2OH-负

5、极负极(fj)：Zn +2OH-2e- =Zn(OH)2锌银电池的负极是锌银电池的负极是Zn，正，正极是极是Ag2O，电解质是，电解质是KOH。总反应总反应: Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2一次电池一次电池第7页/共28页第七页，共29页。4、锂电池、锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为锂是密度最小的金属，用锂作为(zuwi)电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负电池的负极，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。极相比较，使用寿命大大延长。一次电池一次电池(dinch)第8页/共28页第八页，共29页。4、锂电池、锂电池（非水有机溶剂电解液）（非水有

6、机溶剂电解液）负极：负极：2Li - 2e- = 2Li+，正极正极(zhngj)：I2 + 2e- = 2I-，总反应：总反应：2Li + I2 = 2LiI跟其它金属作负极相比，使用寿命延长跟其它金属作负极相比，使用寿命延长(ynchng)，高能、质轻、电压高、工作，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。为什么？效率高、储存寿命长。为什么？与作负极材料与作负极材料(cilio)的金属相比较，相同质量的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。时锂提供电子数最多。一次电池一次电池第9页/共28页第九页，共29页。铅蓄电池(dinch)、镍镉电池(dinch)、镍氢电池(dinch)、锂离

7、子电池(dinch)1、铅蓄电池1)正负极材料(cilio)正极(zhngj)：PbO2负极：Pb2)工作机制电解质：H2SO4 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。(二)二次电池第10页/共28页第十页，共29页。放电过程(guchng)总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)正极(zhngj)：PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s)+2H2O(l) 发生氧化(ynghu)反应 发生还原反应负极：放

8、电过程注：铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程。第11页/共28页第十一页，共29页。充电(chng din)(chng din)过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) （发生(fshng)还原反应）阴极(ynj)：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) +4 H+(aq)+ SO42-(aq) （发生氧化反应）接电源负极接电源正极充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO

9、4(aq)充电放电第12页/共28页第十二页，共29页。3)优缺点简析缺点(qudin)：比能量低、笨重、废弃(fiq)电池污染环境优点(yudin)：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第13页/共28页第十三页，共29页。电池名称电池名称电压电压主要优缺点主要优缺点普通电池普通电池（锌锰电池）（锌锰电池）1.5V1.5V优点优点：使用方便，便宜。：使用方便，便宜。缺点缺点：寿命、存放期短，约：寿命、存放期短，约1.51.5年，年，不不能充电能充电。碱性锌锰电池碱性锌锰电池1.5V1.5V优点优点：电容量大，使用寿命

10、长。：电容量大，使用寿命长。缺点缺点: : 不能充电不能充电，价格较高。，价格较高。锌银纽扣电池锌银纽扣电池1.5V1.5V优点优点：体积和质量都小，寿命长，约：体积和质量都小，寿命长，约2 2年年缺点缺点：不能充电不能充电，价格高。，价格高。镍镉电池镍镉电池1.3V1.3V优点优点：体积小，质量轻，寿命长，：体积小，质量轻，寿命长，可充可充放电放电约约30003000次。次。缺点缺点：价格高。：价格高。铅蓄电池铅蓄电池2V2V优点优点：电压稳，电容量大，：电压稳，电容量大，可充电可充电便宜。便宜。缺点缺点：笨重，防震性差，不防漏：笨重，防震性差，不防漏部分主流产品供电基本原理、性能部分主流产

11、品供电基本原理、性能(xngnng)和相对价格和相对价格一次电池一次电池二次电池二次电池(dinch)第14页/共28页第十四页，共29页。练习练习1: 碱性电池具有容量碱性电池具有容量(rngling)大、放电电流大的特大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：为电解液，电流总反应式为：Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s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： 2MnO2sH2Ol2

12、eMn2O3s2OHaqC 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02 mol电子，锌的质量理论上减小电子，锌的质量理论上减小65 g C C第15页/共28页第十五页，共29页。练习练习2、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损

13、失。浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试 回 答 ： 在 此 原 电 池 反 应 中 ， 负 极 发 生 的 反 应试 回 答 ： 在 此 原 电 池 反 应 中 ， 负 极 发 生 的 反 应为为 ；正极发生的反应为正极发生的反应为 ；反应过程反应过程(guchng)中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为反应方程式为 Al -3e- = Al3Ag2S+2e- = 2Ag+S2-3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S燃料电池燃料电池(rn lio din ch)第16页/共28页第十六页，共29页。练习练习3.

14、 氢镍电池氢镍电池(dinch)是近年开发出来的可充电电池是近年开发出来的可充电电池(dinch)，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池(dinch)。氢镍电池氢镍电池(dinch)的总反应式是：的总反应式是： 1/2H2+NiO(OH) Ni(OH)2据此反应判断，下列叙述中正确的是（据此反应判断，下列叙述中正确的是（ ）A. 电池电池(dinch)放电时，负极周围溶液的放电时，负极周围溶液的pH不断增大不断增大B. 电池电池(dinch)放电时，镍元素被氧化放电时，镍元素被氧化C. 电池电池(dinch)充电时，氢元素被还原充电时，氢元素被还原D. 电池电池(

15、dinch)放电时，放电时，H2是负极是负极CD放电放电充电充电燃料电池燃料电池(rn lio din ch)第17页/共28页第十七页，共29页。 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化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是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、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪(shj)30年代末，经反复试验、改进，到20世纪(shj)60年代才开始进入实用阶段。(三)燃料电池(rn lio din ch)第18页/共28页第十八页，共29页。4

16、、燃料电池(rn lio din ch)负极(fj)H2：正极(zhngj)O2：总反应： O2+2H2 =2H2O 氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介质条件下：2H2+4OH- -4e- =4H2O O2+2H2O +4e- =4OH- 第19页/共28页第十九页，共29页。介质电池总反应： 2H2 +O2 = 2H2O 酸性负极正极中性负极 正极碱性负极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H

17、2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-不同(b tn)介质的燃料电池第20页/共28页第二十页，共29页。燃料电池(rn lio din ch)的规律：燃料做负极(fj)，助燃剂氧气为正极；电极材料一般不参加化学反应(huxu fnyng)，只起传导电子的作用。能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节 约能源。燃料电池与前几种电池的差别：氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出； 优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好 用途：宇宙飞船，应用前景广阔第21页/共28页第二十一页，共29页。书写电极书写电极(dinj)反应式应注意

18、以下几反应式应注意以下几点点2 2负极失电子所得氧化产物负极失电子所得氧化产物(chnw)(chnw)和正极得电子所得和正极得电子所得还原产物还原产物(chnw)(chnw)，与溶液的酸碱性有关（如，与溶液的酸碱性有关（如+4+4价的价的C C在在酸性溶液中以酸性溶液中以CO2CO2形式存在，在碱性溶液中以形式存在，在碱性溶液中以CO32-CO32-形式存形式存在）；在）；1 1将两极反应将两极反应(fnyng)(fnyng)的电子得失数配平后，相加得到总的电子得失数配平后，相加得到总反应反应(fnyng)(fnyng)，总反应，总反应(fnyng)(fnyng)减去一极反应减去一极反应(fn

19、yng)(fnyng)即得到另一极反应即得到另一极反应(fnyng)(fnyng)；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、在碱性或中性溶液中它与水结合成碱性或中性溶液中它与水结合成OH-；燃料电池燃料电池第22页/共28页第二十二页，共29页。电池的发展电池的发展(fzhn)方向方向 光电池使用方便，特别是近年来微小型半导体逆变器迅速发展，促使其应用更加快捷。美、日、欧和发展中国家都制定出庞大(pngd)的光伏技术发展计划，开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性，降低成本，不断扩大产业。目前已有80多个国家和16的市场开拓从空间

20、转向地面系统应用。第23页/共28页第二十三页，共29页。减 少 污 染节 约 资 源第24页/共28页第二十四页，共29页。1. 有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成(guchng)原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是 ( ) 每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole- 负极上CH4失去电子，电极反应式： CH4 + 10 OH- 8e- = CO32- + 7 H2O 正极上是O2获得电子，电极反应式为： O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 电池放电后，溶液pH升高 A. B. C. D. A 燃料电池燃料电池(rn lio din ch)第25页/共28页第二十五页，共29页。2:2:氢气是燃料电池氢气是燃料电池(rn lio