吉首大学物理化学课件：10-电解与极化作用

1、 物理化学电子教案第十章 第十章电解与极化作用10.1 分解电压10.3 电解时电极上的竞争反应10.2 极化作用10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化10.5 化学电源*10.6 电有机合成简介10.1 分解电压理论分解电压 使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压，在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势。一、理论分解电压二、分解电压的测定 使用Pt电极电解HCl的水溶液，实验装置如图所示。 逐渐增加外加电压，由安培计G和伏特计V分别测定线路中的电流强度I 和电压E，画出I-E曲线。在电解池中进行的反应是： 外加电压很小时，几乎无电流通过，阴、阳极上无H2 (g)

2、 和Cl2(g)放出。 随着E的增大，电极表面产生少量氢气和氯气，但压力低于大气压，无法逸出。电流I电压E测定分解电压时的电流-电压曲线 所产生的氢气和氯构成了原电池，外加电压必须克服这反电动势Eb，继续增加电压，I 有少许增加，如图中1-2段二、分解电压的测定 当外压增至2-3段，氢气和氯气的压力等于大气压力，呈气泡逸出，反电动势达极大值 Eb,max。 再增加电压，使I 迅速增加。将直线外延至I = 0 处，得E(分解)值，这是使电解池不断工作所必需外加的最小电压，称为分解电压。电流I电压E测定分解电压时的电流-电压曲线二、分解电压的测定二、分解电压的测定 显然分解电压的数值会随着通入电流

3、强度的增加而增加。三、实际分解电压 要使电解池顺利地进行连续反应，除了克服作为原电池时的可逆电动势外，还要克服由于电极上反应的不可逆，即电极极化效应所产生的电位降，以及克服电池电阻所产生的电位降。这三者的加和就称为实际分解电压。 当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，这时的电极电势分别称为阳极可逆(平衡)电势和阴极可逆(平衡)电势 在有电流通过时，随着电极上电流密度的增加，电极反应的不可逆程度越来越大，其电势值对可逆电势值的偏离也越来越大。 在有电流通过电极时，电极电势偏离可逆电势值的现象称为电极的极化。10.2 极化作用一、极化作用1、极化的原因 极化的原因：当有电流流过电极时，在电极上发

4、生一系列的过程，并以一定的速率进行，而每一步都或多或少地存在阻力（或势垒），要克服这些阻力，相应地各需要一定的推动力，表现在电极电势上就出现这样那样的偏离。 根据极化产生的不同原因，通常把极化大致分为三类：浓差极化、电化学极化、电阻极化。（1） 浓差极化 浓差极化是在电流通过时，由于电极反应的反应物或生成物迁向或迁离电极表面的缓慢，而引起电极附近溶液浓度和本体溶液浓度有差别，使电极电势对其可逆值发生偏离。阴极：Ag+eAg， v扩 v反， ce ， c0阴极浓差极化的结果是阴极电极电势比可逆时变小。 在浓度梯度作用下(ce c0Ag+向溶液迁移阳极： Ag Ag+e ，v扩v反，c0 ce 浓

5、差极化是由于扩散慢引起的，一般采取加快扩散速度的方法可以降低浓差极化引起的超电势，如用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化，但不可能完全消除浓差极化，因为静电作用及分子热运动的影响，在电极表面始终存在双电层。 有时人们也利用这种极化，例如极谱分析就是利用滴汞电极上的浓差极化进行的。 浓差极化的消除（2） 电化学极化 电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应速率较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺利进行所额外施加的电压称为电化学超电势（亦称为活化超电势），这种极化现象称为电化学极化。 简而言之，电化学极化是在电解过程中，由于电极反应进行缓慢，而引起的电极电势偏离平衡电极电势的现象。 （2）电化学

6、极化作为阳极：类似的，作为阳极时，会使阳极表面的电子数目小于平衡状态的电子，导致电极电势比平衡电极电势更大。以铜电极为例：作为阴极：则由外电源输入阴极的电子来不及消耗，即溶液中Cu2+不能马上与电极上的电子结合，变成Cu，结果使阴极表面积累了多于平衡状态的电子，导致电极电势比平衡电极电势更小。电极反应进行缓慢-+电源电解池+Cu-Cu（3） 电阻极化 电解过程中，电极表面上会生成一层氧化物的薄膜或其它物质，从而对电流的通过产生阻力，称为电阻极化。若以Re表示电极表面上的电阻，I代表通过的电流，则由于氧化膜的电阻所需额外增加的电压，在数字上就等于I Re 。金属钝化时，电阻极化很明显。但是这种情

7、况不具有普遍意义。 为了使超电势都是正值，把阴极超电势 和阳极超电势 分别定义为： 阳极上由于极化使电极电势变大，阴极上由于极化使电极电势变小。 2、超电势 在某一电流密度下，实际发生电解的电极电势 与可逆电极电势 之间的差值称为超电势。3、极化曲线的测定 超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线，极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。测定超电势的装置如右图所示：电极1为待测电极，电极2为辅助电极。甘汞电极电位差计电极1电极2A+4、极化曲线(1)电解池中两电极的极化曲线 随着电流密度的增大，两电极上的超电势也增大，阳极析出电势变大，阴极析出电势变小，使外加的电压增

8、加，额外消耗了电能。4、极化曲线(2)原电池中两电极的极化曲线 原电池中，负极是阳极，正极是阴极。随着电流密度的增加，阳极析出电势变大，阴极析出电势变小。由于极化，使原电池的作功能力下降。 但可以利用这种极化降低金属的电化腐蚀速度。（3）原电池与电解池极化的差别当有电流通过电解池，电解池的端电压大于平衡电池电动势。即：E 分解= E可逆 +阳 +阴当有电流通过原电池，原电池的端电压小于平衡电池电动势。即：E电池 = E可逆 -阳阴（1）阳极上由于极化使电极电势变大， 阴极上由于极化使电极电势变小。（2）对电解池，电解时电流密度愈大，分解电压愈大，消耗的能量也愈多；对原电池，放电时电流密度愈大，

9、原电池的电动势愈小，所能做的电功也愈小。（3）电流密度为零时，无论是电解池还是原电池，其两极的电极电势差与可逆电池电动势相等。一、极化作用小结二、超电势的影响因素(1) 电流密度增大，超电势增加；(2) 与电极材料及表面性质有关；(3) 与析出物质有关，（析出气体的超电势要大于析出金属的超电势，一般来说，金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不计，而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大。）；(4) 与温度有关，温度升高，超电势减小。一般，每增高1度，超电势减小2mV ；(5) 与电解质性质、浓度及杂质有关。由于影响因素很多，所以超电势的重现性不好。 电解质溶液通常用水作溶剂，在电解过程中，

10、在阴极会与金属离子竞争还原。 利用氢在电极上的超电势，可以使比氢活泼的金属先在阴极析出，这在电镀工业上是很重要的。 例如，只有控制溶液的pH，利用氢气的析出有超电势，才使得镀Zn，Sn，Ni，Cr等工艺成为现实。三、氢超电势 金属在电极上析出时超电势很小，通常可忽略不计。而气体，特别是氢气和氧气，超电势值较大。 从氢气在几种电极上的超电势，在石墨和汞等材料上，超电势很大，而在金属Pt，特别是镀了铂黑的铂电极上，超电势很小。 影响氢超电势的因素很多，如电极材料、电极表面状态、电流密度、温度、电解质的性质、浓度及溶液中的杂质等。1、氢在几种电极上的超电势 所以标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。1、氢

11、气在几种电极上的超电势 氢气在几种电极上的超电势如图所示。可见在石墨和汞等材料上，超电势很大，而在金属Pt，特别是镀了铂黑的铂电极上，超电势很小，所以标准氢电极中的铂电极要镀上铂黑。2、Tafel 公式 早在1905年，Tafel 发现，对于一些常见的电极反应，超电势与电流密度之间在一定范围内存在如下的定量关系： 这就称为Tafel 公式。式中 j 是电流密度,a是单位电流密度时的超电势值，与电极材料、表面状态、溶液组成和温度等因素有关，b的数值对于大多数金属而言相差不大，在常温下接近0.050V。所以，氢超电势的大小主要由a决定。a越大，氢超电势越大。j0时，j2、Tafel关系式的理论解释

12、3、Tafel关系式的理论解释迟缓放电理论:（3） 为决速步(适用于吸附力较弱的金属,如Hg、Zn、Pb、Cd等大部分金属，氢超电势比较高)。复合理论：（4）为决速步（适用于吸附力较强的金属，如Pt Pd等，氢超电势比较低）。上述两种理论最终都可推导得到Tafel关系式。（1）阳极上由于极化使电极电势变大， 阴极上由于极化使电极电势变小。（2）对电解池，电解时电流密度愈大，分解电压愈大，消耗的能量也愈多；对原电池，放电时电流密度愈大，原电池的电动势愈小，所能做的电功也愈小。（3）电流密度为零时，无论是电解池还是原电池，其两极的电极电势差与可逆电池电动势相等。一、极化作用小结阴极上的反应 判断在

13、阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势计算出来，同时考虑它的超电势。电极电势最大的首先在阴极析出。电解时阴极上发生还原反应。 发生还原的物质通常有(1)金属离子，(2)氢离子（中性水溶液中 ）。10.3 电解时电极上的竞争反应一、电解时阴极上的竞争反应一、电解时阴极上的竞争反应 H2析出的超电势较大，其析出电势甚至小于Zn、Cd、Ni等金属离子的析出电势。可以利用氢超电势进行电镀、制备金属。一、电解时阴极上的竞争反应阳极上的反应 判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化。电解时阳极上发生氧化反应。发

14、生氧化的物质有：（2）阳极本身发生氧化（1）阴离子，如 等二、电解时阳极上的竞争反应二、电解时电极上的竞争反应 例：H2和O2在Ag电极上的超电势在电流密度为0.1Acm-2时分别为0.87和0.98 V。 将两个Ag电极，插入0.01molKg-1的NaOH溶液中电解时, 问在该条件下在阳上首先发生什么反应？解：阳极可能发生的反应：故阳极上首先发生的是Ag电极本身氧化成Ag2O。三、分解电压 电解水溶液时，因 或 的析出，会改变 或 的浓度，计算电极电势时应把这个因素考虑进去 确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出电势相减，就得到了实际分解电压。 因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所

15、以用阳极析出电势减去阴极析出电势。 为了使分离效果较好，后一种离子反应时，前一种离子的活度应减少到 以下，这样要求两种离子的析出电势相差一定的数值。四、金属离子的分离 如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以控制外加电压的大小，使金属离子分步析出而达到分离的目的。四、金属离子的分离解:(1) 阴极产品：电镀、金属提纯、保护、产品的美化（包括金属、塑料）和制备 及有机物的还原产物等 阳极产品：铝合金的氧化和着色、制备氧气、双氧水、氯气以及有机物的氧化产物等。 常见的电解制备有氯碱工业、由丙烯腈制乙二腈、用硝基苯制苯胺等。五、电解的应用10.4 金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化一、金属腐蚀

16、的分类：（1）化学腐蚀 金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀，称为化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时无电流产生。（2）电化学腐蚀 金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等，因形成微电池，金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀。这种由于电化学作用引起的腐蚀称为电化学腐蚀。金属的电化学腐蚀铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？ 暴露在空气中，表面被潮湿空气或雨水浸润，空气中的 和海边空气中的NaCl溶解其中，形成电解质溶液，这样组成了原电池铜作阴极，铁作阳极所以铁很快腐蚀形成铁锈。铁锈的组成铁在酸性介质中只能氧化成二价铁： 二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁，三价铁在水溶液中生成 沉淀，

17、 又可能部分失水生成 所以铁锈是一个由 等化合物组成的疏松的混杂物质。二、腐蚀时阴极上的反应(1)析氢腐蚀酸性介质中 在阴极上还原成氢气析出。设 铁阳极氧化，当 时认为已经发生腐蚀，这时组成原电池的电动势为，是自发电池。 如果既有酸性介质，又有氧气存在，在阴极上发生消耗氧的还原反应： 这时与 (-0.617V)阳极组成原电池的电动势为 。显然耗氧腐蚀比析氢腐蚀严重得多。（2）耗氧腐蚀空气中o2=0.21，则(O2|H+)=0.806V，E=1.423V。三、金属的电化学腐蚀含杂质的工业用锌在稀硫酸溶液中腐蚀的示意图 含铁杂质的粗锌在稀硫酸溶液中，既有化学腐蚀，又有电化学腐蚀，要比纯锌腐蚀得更快

18、。 在金属表面上形成浓差电池也能构成电化学腐蚀。同一根铁管，如有局部处于氧浓度较低处（例如裂缝处或螺纹联接处）就能构成浓差电池，使作为阳极的部分受到腐蚀。 金属的电化学腐蚀，实际上是形成了许多微电池，它和原电池没有本质上的区别。杂质 根据氧化还原的一般原则，在金属发生氧化作用的同时，必然要有另一个与之相共轭的氧化剂发生还原作用。在微电池的阴极上所进行的还原过程，在金属腐蚀的文献中常被称为去极化作用，并把该种氧化剂称为去极化剂，在金属腐蚀中常遇到的去极化剂是溶液中的氢离子和溶液中溶解的氧。 腐蚀电池电动势的大小影响腐蚀的倾向和速度。当两种金属一旦构成为电池之后，由于有电流产生，电极就要发生极化，

19、而极化作用的结果会改变腐蚀电池的电动势，因而极化会影响腐蚀的倾向和速度。三、金属的电化学腐蚀四、金属的防腐（1）非金属防腐 在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等，将金属与腐蚀介质隔开。（2）金属保护层 在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au，Ag，Ni，Cr，Zn，Sn等金属，保护内层不被腐蚀。镀上去的金属比被保护的金属有较负的电极电势称为阳极保护层，如锌镀在铁上。镀上去的金属比被保护的金属有较正的电极电势称为阴极保护层，如锡镀在铁上。 当保护层不完整时，阴极保护层反而加速被保护金属的腐蚀。四、金属的防腐（3）电化学保护 1保护器保护 将被保护的金属如铁作阴极，较活泼的金属如Zn作牺

20、牲性阳极。阳极腐蚀后定期更换。例如海上航行的船舶，在船底四周镶嵌锌块。 2阴极电保护 外加电源组成一个电解池，将被保护金属作阴极，废金属作阳极。在化工厂中一些装有酸性溶液的容器或管道，水中的金属阀门及地下的水管或输油管常用这种方法防腐。3阳极电保护 用外电源，将被保护金属接阳极，在一定的介质和外电压作用下，使阳极钝化。例如，我国有几十个化肥厂对碳酸铵生产中的碳化塔实施阳极保护。四、金属的防腐（4）加缓蚀剂 在可能组成原电池的系统中加缓蚀剂，改变介质的性质，降低腐蚀速度。缓蚀剂种类很多，可以是无机盐类（如硅酸盐、正磷酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐等），也可以是有机缓蚀剂（一般是含有N,S,O和三键的化合

21、物如胺类、吡啶类等）。其缓蚀机理一般是减慢阴极（或阳极）过程的速度，或者是覆盖电极表面从而防止腐蚀。（5）制成耐蚀合金 在炼制金属时加入其它组分，提高耐蚀能力。如在炼钢时加入Mn，Cr等元素制成不锈钢。五、金属的钝化ic 一临界钝化电流Ec 一钝化电势ip 一钝化电流AB一活性溶解区BC一过渡钝化区CD一稳定钝化区DE一过钝化区 金属可用强氧化剂（如浓硝酸）处理使之变成钝态，也可用电化学的方法。金属变成钝态之后，其电极电势向正的方向移动，甚至可以升高到接近贵金属（如金、铂）的电极电势。（3）燃料电池 又称为连续电池，一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质，以

22、氧气作为正极反应物质组成燃料电池。一、化学电源分类（2）二次电池 又称为蓄电池。这种电池放电后可以充电，使活性物质基本复原，可以重复、多次利用。如常见的铅蓄电池和其它可充电电池等。（1）一次电池 电池中的反应物质进行一次电化学反应放电之后，就不能再次利用，如干电池。这种电池造成严重的材料浪费和环境污染。10.5 化学电源化学电源性能指标1.电池容量：指电池所能输出的电量，一般以Ah为单位。Q=It=nzF2.电池能量密度（比能量）：指电池输出的电能与质量或体积之比，分别称为质量能量密度或体积能量密度，单位用WhKg-1或Whdm-3表示。W=-zEF(J) ,瓦特的定义是1焦耳/秒（1J/s）

23、3.电池功率密度（比功率）：电池的功率是指在一定的放电条件下，电池在单位时间所能输出的能量。电池的单位质量或单位体积的功率称为电池的比功率，单位是WKg-1或Wdm-3。三、一次电池金属封顶盖封口纸颈圈纸金属外壳绝缘纸筒电芯纸托底纸金属底板（）锌筒电解液NH4Cl ，水ZnCl2 ，淀粉 电芯 MnO2 ， C， NH4Cl ，水(+)碳电极一次电池结构示意图三、一次电池+碱性电池结构碱性锌锰电池中性电池与碱性电池的比较铵型电池 Zn2NH4Cl2MnO2Zn（NH3）2Cl22 MnOOH 锌型电池 4Zn9H2OZnCl28MnO2 8MnOOHZnCl24 ZnO5 H2O 中性电池（-

24、）Zn|NH4Cl，ZnCl2|MnO2，C（+）碱性电池-）Zn|KOH|MnO2（+）Zn2MnO2 H2O 2MnOOH ZnO 南孚电池的聚能环 聚能环只是一个绝缘体，就是个绝缘垫圈，用于防止偶然的短路(别的导体搭在底部和表面金属之间的时候)。凡是碱性电池必然有那个绝缘环，绝非南孚特有，因为碱性电池和酸性干电池正好相反，普通酸性电池，正极在头上一个点，负极是电池皮，这个大家都知道。 而碱性电池正好反过来，正极是电池皮，负极是屁股上一个帽子。所以这地方是必须要有个“聚能环”的，只是南孚的是红色的罢了，南孚是碱性电池，在广告里说是普通电池的六倍，就是和碳性电池比。两种电池价格相差很多，没可

25、比性。要是和其它牌子的碱性电池比，南孚不见得好那么多。 汞在电池中的作用 在以锌为负极的所有电池中,汞对锌电极性能有很大的作用,它能提高锌的析氢过电位,阴极线性电位扫描揭示析氢电位可提高0.130.20V;它使电池的防漏性能提高,在60,相对湿度90%的条件下贮存60天,电池无漏液;汞齐在锌粒之间起搭桥作用和去除锌粒金属表面上的氧化物而使锌电极的极化阻抗降低,提高锌电极的电性能。碱性锌锰电池含汞低的原因 无汞锌粉的加入电池是碱性锌锰电池，使碱性锌锰汞的含量为零。 在已开发的无汞锌粉中， 普遍采用的方法是：选择纯度很高的锌，在锌中添加其它微量金属元， 这些元素包括铟、铅、镉、镓、铝、铋、钙、钡等

26、。添加的元素中，有的能提高锌的析氢电位，如铅、镉、铋等；有的能改变锌的表面性能，如铝、钙、钡等。铟、铋、铝等还能提高电池的放电容量。有些元素与锌形成的合金在未放电状态或放电初期几乎与汞齐化锌粉一样能有效地抑制氢气发生。低熔点的铟能减缓部分放电电池的析氢，因此被广泛地用于无汞锌粉中。四、燃料电池 又称为连续电池以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。 一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质氢氧燃料电池H2 ( pH2) | H+ 或 OH- (aq) | O2 ( pO2)氧电极：O2+4H+4e - 2H2O氢电极：2H2( pH2) 4H+ + 4e - 净反

27、应：2H2( pH2) + O2 = 2H2O 在pH 114范围内，标准电动势 1.229 V 多孔电极离子交换膜氢氧燃料电池示意图燃料电池的优点： 1.高效 化学能 热能 机械能 化学能 电能 机械能 80% 2.环境友好 不排放有毒的酸性氧化物，CO2比热电厂少40%， 3.重量轻，比能量高； 用于航天事业，汽车工业，应急电源等。是21世纪首选的清洁能源。 产物水可利用，无噪音； 4.稳定性好，可连续工作，可积木式组装，可移动 氢氧燃料电池的难点：氢气的储存液氢要求高压、低温，有危险性 钢瓶储氢，可使用氢气只占钢瓶质量的1%，同样有危险性研制储氢金属和其他储氢材料研制用太阳能制备氢气五、

28、二次电池五、二次电池五、二次电池锂离子电池锂离子电池锂离子电池Li离子电池的优点：1. 通讯，如手机；Li离子电池的用途：1. 重量轻（从金属壳到塑料壳），能量密度大；2. 优良、安全，有防暴阀，环境污染较小；3. 比能量高，循环寿命长；4. 电压较高（3.6V）,成本相对较低。2. 电子器件，电脑等；3. 人造器官用电，如心脏起博器等。本章基本要求 1.了解分解电压的意义，要使电解池不断地进行工作必须克服哪几种阻力。 2.了解什么是极化现象，什么是超电势？极化作用有哪几种？如何降低极化作用？ 3.什么是极化曲线？电解池与原电池的极化曲线有哪些异同点？各有什么缺点和可利用之处？ 4.如何计算H

29、2(g)的超电势？为什么在电解中研究H2(g)的超电势特别多？ 5.在电解过程中，能用计算的方法判断在两个电极上首先发生反应的物质。了解电解的一般过程及应用。 6.了解金属腐蚀的类型，了解常用的防止金属腐蚀的方法。 7.了解常见化学电源的基本原理、类型及目前的发展概况，特别是燃料电池的应用前景。锂电池的记忆能力很弱，本身就有控制电路，能防止饱和充电。就是说充12小时和充几个小时是一样的，只要充电器已经跳灯了。正确的电池初次使用方法。其实很简单，用到完全没有电（自动关机）再充电，充电过程中尽量不要同时放电（使用用电器），连续充电到充电器自动切断电源即可。 一般锂离子电池的“半衰期”可达500次

30、电池寿命=（1次完全充电时间+1次完全放电时间）500。 请看清楚了，上面的计算公式括号里面是完全充电的周期。 不管你是否进行完全充放电，只要你在进行充电、放电，电池的储电能力就在减弱。这是电池里的化学物质寿命决定的，而不是简单因为所谓“次数”。 只要不进行完全充放电，就不会对寿命有何影响。 这个想法是错误的！ 普通锌锰电池碱性电池 镍镉电池小型高性能燃料电池 锂离子电池 镍氢电池 各种类型的电池各种形状的电池 形形色色的电池 A CuZn 稀H2SO4KOH溶液CH4 O2 H2Oa极 b极电池的组合便于携带、使用简单。 工作参数可在相当大的范围内人为地改变。工作范围广、对环境适应性强。 能

31、量转换效率高，工作时无噪音。 蓄电池可贮存能量。 减少环境污染。二、化学电源的特点三、化学电源在能源网络中的作用 人类在各种活动中广泛使用各种能源。能源的生产与运输已是全球产值最高的产业。为了满足各方面对能源的需要，能源的生产、分配与使用构成了能源网络。 现代文明主要依靠两大能源网络： 电网和油、气网络。 电的产生、传输与使用技术高度成熟、高效，在输送和使用过程中一般也不产生污染。然而，电网存在下列缺点：1）缺乏方便、高效的储电手段，不易适应昼夜和季节变化等所引起的过于激烈的负荷变化。2）离网用户主要只能利用二次电池从电网上取得能源，而二次电池大多重量与体积太大，其充电时间也往往太长，难以满足

32、人们的要求。3）如果采用化石燃料（煤、油、气等）作生产电能的基本能源材料，则在“源头”上所产生的污染往往相当严重。 油、气的主要优点是储运方便，也可以很方便地就地转换为热能、电能或机械能。这些优点正好补充了电网的缺点，因此特别适用于移动用户及远离电网的“边远”地区。油、气的主要缺点则是小规模就地转换为电及机械能时效率较低（与大型集中发电相比），引起的污染也较严重。 由于上述原因，现代社会中能源的利用方式大致遵循下列原则： 1）固定用户，特别是大功率用户，除了少部分直接燃煤或油供热或及产生动力外，主要是从电网上直接取得能源； 2）离网的局部或移动用户，特别是大量交通器的运行，主要直接利用油、气作

33、能源材料； 3）由于小功率油机效率不高，引起的污染也更严重，小功率（例如小于100W）的移动式电器大都利用二次化学电池（甚至一次电池）供电。化学电源在能源结构中的重要位置化学电源在能源结构中的重要位置 从前面的讨论中可以看出，电池是为了满足“储电”和“为移动用户提供能量”而设计和发展的；其在小功率可移动电源领域中的优势，已是不争的事实。然而，由于其性能（特别是重量比能量）有一定限制，尚不能完全满足移动用户的需求。比如小型二次电池性能的发展不能跟上电子器件微型化的发展，也是无可回避的事实。四、化学电源的应用日常生活 工农业生产 通讯煤矿 交通运输 军事 宇航用途广泛的电池用于“神六”的太阳能电池

34、笔记本电脑专用电池手机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电池用途广泛的电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池使用氢氧燃料电池动力的法国产标致TAXI 一辆纯电动公交车配备10组电池箱，成本价值68万元，重达1.8吨，电压30V。据介绍，电动公交车设计100公里里程，为安全考虑，一辆车跑75公里后就要换电池。“更换电池须由机器人根据电池上的红外定位，把电池箱拖出来，15分钟就能换好一辆车的电池”。公交车遇上塞车，电用完了怎么办？相关负责人表示：“纯电动车有预留电量，还将在市内建应急充电点，比如说，车从大学城开到天河区，那么可能在动物园设个应急充电点。” 2010年广州亚运期间，广州新投放550辆无障碍公交车、100辆无障碍出租车和140辆新能源公交车辆，其中包括26辆纯电动公交车，造价高达220万，仅10组电池箱的成本就达68万元，混合动力公交车辆造价也达97万元。 电池发明的小故事1791年他在解剖时，在实验室将悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上，发现蛙腿会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物的组织会产生电流，而金属是传递电流的导体。 （意大利生物学家伽伏尼）他从独特