第二节化学电源

1、干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池形形色色的电池形形色色的电池“震动动力充电电池震动动力充电电池”勺水充电勺水充电三三维维纳纳米米结结构构电电池池尿液充电的电池尿液充电的电池 新型绿色环保燃料电池车863-燃料电池公共汽车燃料电池公共汽车 在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的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？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

2、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电池广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子电池广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品，在高科技、军事、生产行业也有特殊应用。产品，在高科技、军事、生产行业也有特殊应用。减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源有关资料显示，一节一号电池烂在地里，能使万方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。请回顾原电池的相关知识并完成下表请回顾原电池的相关知识并完成下表:一个概念一个概念两个电极两个电极负极负极正极正极三个三个流向流向电子电子电流电流离子离子四个条件四个条件将化学能转化为电能的

3、装置将化学能转化为电能的装置 较活泼金属较活泼金属失电子失电子发生氧化反应发生氧化反应不活泼金属或非金属导体不活泼金属或非金属导体得电子得电子发生还原反应发生还原反应负极负极外电路外电路正极正极正极正极外电路外电路负极负极阳离子阳离子正极，阴离子正极，阴离子负极负极活动性不同的两个电极活动性不同的两个电极电解质溶液电解质溶液闭合电路闭合电路自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应（1 1）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。（2 2）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的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。电池和电池组，使用方便。（3

4、3）易维护，可在各种环境下工作。）易维护，可在各种环境下工作。1.1.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？2.2.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？（1）比能量，指电池单位质量或单位体积所能输出）比能量，指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。电能的多少。 单位是单位是(Wh) /kg，(Wh) /L（2）比功率，指电池单位质量或单位体积所）比功率，指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。能输出功率的大小。单位是单位是W/kg，W/L)（3）电池的可储存时间的长短。）电池的可储存时间的长短。（1 1）一次电池又称不可充电电池一次

5、电池又称不可充电电池，如干电池如干电池。（2 2）二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池，如，如蓄电池蓄电池。（3 3）燃料电池燃料电池，如氢氧燃料电池。，如氢氧燃料电池。3.3.目前化学电池主要分为哪几大类？产生电能的基目前化学电池主要分为哪几大类？产生电能的基本原理是什么？各自有什么特点？本原理是什么？各自有什么特点？1 1、酸性锌锰干电池、酸性锌锰干电池 负极（锌筒）：负极（锌筒）：Zn 2e- -Zn2+ 正极（石墨棒）：正极（石墨棒）： 2NH4+2e- - +2MnO2= 2NH3+Mn2O3+H2O总反应：总反应：Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl=ZnCl2 + Mn2O

6、3 + 2NH3 +H2O（- -）Zn | NH4Cl | C（+） 缺点：在使用过程中电压不断下降，不能提供稳定电压，且放电功率低，比能量小，低温性能差，在20即不能工作。在高寒地区只可使用碱性锌锰干电池。2.2.碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池电池总反应：电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2负极反应：负极反应：正极反应：正极反应：电解质：电解质：Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-KOH碱性锌锰电池的优点：碱性锌锰电池的优点：大电流、稳定，比能量大、大电流、稳定，比能量大、可储存时间长，不会气涨

7、可储存时间长，不会气涨或漏液。或漏液。3.3.纽扣电池纽扣电池银锌电池银锌电池负极反应：负极反应：正极反应：正极反应：总反应：总反应：Zn+ 2OH- -2e- = Zn(OH)2Ag2O +H2O +2e- =2Ag +2OH-Ag2O + Zn+H2O =Zn(OH)2+ 2Ag优点：优点：比能量大、电压稳定、存比能量大、电压稳定、存储时间长、低污染。储时间长、低污染。用途：用途：广泛用于电子手表、计广泛用于电子手表、计算器等算器等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：Pb电解质：电解质：H2SO4溶液溶液(2)工作机制工作机制铅蓄电池为典型的可

8、充电电池，其工作原理分为铅蓄电池为典型的可充电电池，其工作原理分为放电和充电两个过程。放电和充电两个过程。放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 (aq) =2PbSO4(s)+2H2O (l) Pb(s) + SO42- (aq) -2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+ (aq) +SO42- (aq) +2e- =PbSO4 (s) +2H2O (l) 负极：负极：放电过程放电过程还原反应还原反应氧化反应氧化反应充电过程充电过程充电过程总反应：充电过程总反应：阳极：阳极：阴极：阴极：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s

9、)+PbO2(s)+2H2SO4 (aq) PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) PbSO4 (s)+2H2O (l) -2e- = PbO2(s) + 4H+ (aq) + SO42- (aq) 还原反应还原反应氧化反应氧化反应还原反应还原反应氧化反应氧化反应还原反应还原反应Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 (aq) 放电放电2PbSO4(s)+2H2O(l)充电充电放电放电充电充电放电放电充电充电铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：2.2.锂电池锂电池特点：特点： “绿色绿色”； 容量大；容量大； 电解液中不能有水电解液中不能有水锂金属电池：

10、锂金属电池： Li+MnO2=LiMnO2锂离子电池：锂离子电池：正极反应：正极反应： Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- = LiFePO4。负极反应：负极反应：LixC6 = xLi+ + xe- + 6C二氧化锰为二氧化锰为正极正极材料、金属锂或其合金金属为材料、金属锂或其合金金属为负极负极材料、使用非水材料、使用非水电解质溶液电解质溶液的电池的电池锂合金金属氧化物为锂合金金属氧化物为正极正极材料、石墨为负材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。极材料、使用非水电解质的电池。2.2.锂电池锂电池讨论：讨论：心脏起搏器中使用的新型心脏起搏器中使用的新型Li I2电池的反应可

11、简化为：电池的反应可简化为：2 Li I2 = 2 LiI，下列说法中不正确的是，下列说法中不正确的是 （ ）A负极反应式为：负极反应式为：Lie = LiB该电池以含该电池以含Li的水溶液为电解质的水溶液为电解质C该电池负极材料为金属锂该电池负极材料为金属锂D锂电池的使用寿命长的原因之一是锂的摩尔质量小，锂电池的使用寿命长的原因之一是锂的摩尔质量小， 单位质量的电极材料所能转换的电量单位质量的电极材料所能转换的电量(比容量比容量)大大B特点：特点： “绿色绿色”； 容量大；容量大； 电解液中不能有水电解液中不能有水总反应式：总反应式：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：

12、负极：正极：正极：优点：优点：质轻、高能质轻、高能( (比能量高比能量高) )、电压、电压高、工作温度宽、可存储时间长。高、工作温度宽、可存储时间长。用途：用途：广泛应用于军事和空间领域。广泛应用于军事和空间领域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S3.3.锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：（1）负负极发生极发生氧氧化反应，化反应，正正极发生极发生还还原反应原反应 （负氧正还）。负氧正还）。（2）要注意溶液的）要注意溶液的酸碱性酸碱性，适当的在电极方程式两边，适当的在电极方程式两边添加添加H+、OH、H2O，以遵循，以

13、遵循电荷守恒电荷守恒和和质量守恒质量守恒。（3）要注意电极反应）要注意电极反应产物产物是否与是否与电解质溶液电解质溶液发生发生反应反应。 原电池电极反应式的书写注意事项原电池电极反应式的书写注意事项讨论讨论1：（10安徽）某固体酸燃料电池以安徽）某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解固体为电解质传递质传递H+，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2+O2 = 2H2O，下列有关说法正确的是（，下列有关说法正确的是（ ）A. 电子通过外电路从电子通过外电路从b极流向极流向a极极B. b极上的电极反应式为：极上的电极反应式为：O2+2H2O+4e-

14、= 4OH-C. 每转移每转移0.1 mol电子，消耗电子，消耗1.12 L的的H2D. H+由由a极通过固体酸电解质传递到极通过固体酸电解质传递到b极极D讨论讨论2：1991年我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型年我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，则电源负极材料为：则电源负极材料为： ，正极材料为：，正极材料为： 。正、负极反应以及总反应方程式分别为：正、负极反应以

15、及总反应方程式分别为： 、 ,_.Al石墨或活泼性比铝弱石墨或活泼性比铝弱的金属材料。的金属材料。 4Al12e-4Al3+3O26H2O12e-12OH-4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3以海水电池为能源以海水电池为能源的国产航标灯的国产航标灯 讨论讨论3：电子表中电子计算器的电源常用微型银锌原电池，其电电子表中电子计算器的电源常用微型银锌原电池，其电极分别为极分别为Ag2O和和Zn，电解质溶液为，电解质溶液为KOH溶液，放电时锌极上溶液，放电时锌极上的电极反应式为：的电极反应式为：Zn+2OH-2e- = Zn(OH)2；氧化银电极上的反；氧化银电极上的反应式为：应式为：Ag2O+

16、H2O+2e- = 2Ag+2OH-，总反应式为：，总反应式为：Ag2O+H2O+Zn = Zn(OH)2+2Ag。下列说法正确的是（。下列说法正确的是（ ）A. 锌是负极，氧化银是正极锌是负极，氧化银是正极B. 锌的质量减小锌的质量减小6.5 g，外电路中通过，外电路中通过0.4 mol电子电子C. 溶液中溶液中OH-向正极移动，向正极移动，K+ 、H+向负极移动向负极移动D. 随着电极反应的不断进行，电解质溶液中随着电极反应的不断进行，电解质溶液中n(OH-)减小减小A大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池燃料电池是利用是利用氢气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃料与等燃

17、料与氧气或空气氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接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。目前转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化燃料电池的能量转化率可达近率可达近80%80%，约为火力发电的，约为火力发电的2 2倍倍。这是因为火力。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、及硫氧化物、氮氧化物等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世世纪纪3030年代末，经反复试验、改进，到年代末，经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代年代才开始进入实用阶段。才

18、开始进入实用阶段。燃料电池简介燃料电池简介燃料作负极，助燃剂氧气作正极燃料作负极，助燃剂氧气作正极电极材料一般不参加化学反应，电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。只起传导电子的作用。优点：优点：能量转化率高，可持续使用，能量转化率高，可持续使用，对环境友好。对环境友好。广泛应用于宇宙飞船、电动广泛应用于宇宙飞船、电动起初、航天飞机等，应用前起初、航天飞机等，应用前景广阔。景广阔。用途：用途：介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 中性中性负极负极正极正极酸性酸性负极负极 正极正极碱性碱性负极负极正极正极2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-=

19、2H2O2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2 - 4e- +2O2= 2H2O O2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 讨论：讨论：有人用铂作电极，稀硫酸作电解质溶液，又从两电极分别有人用铂作电极，稀硫酸作电解质溶液，又从两电极分别通通CH4和和O2，形成燃料电池，该电池中通入甲烷的铂为，形成燃料电池，该电池中通入甲烷的铂为 极，发极，发生的电极反应是生的电极反应是 ，正极的电极反应式是正极的电极反应式是 ，反应的总化学方程式是反应的总化学方程式是 。 负负负极：负极：CH4+10OH- -8e- -CO32- -+7H2O 总反应：总反应：CH4+2O2+2OH- -CO32- -+3H2O 四、甲烷燃料电池：四、甲烷燃料电池：思考：思考：若介质为碱性环境呢？若介质为碱性环境呢？CH4 - 8e- + 2H2O 8H+ + CO2CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 2O2 + 8e- + 8H+ 4H2O正极：正极： 2O2 + 8e- + 4H2O 8