电化学原理-第十章化学电源课件

第十章

化学电源冶金工程高萌第十章

化学电源冶金工程高萌目录电池类型与电池反应电池的性能电池反应动力学一次电池二次电池目录电池类型与电池反应电池的性能电池反应动力学一次电池二次电10.1电池类型与电池反应一、电池类型

利用物质的化学变化或物理变化，并把这些变化所释放出来的能量直接转变成电能的装置，叫做电池。化学电池：把化学反应产生的能量转换成电能的装置物理电池：把物理反应产生的能量转换成电能的装置10.1电池类型与电池反应一、电池类型分类化学电池物理电池原电池（一次电池）蓄电池（二次电池）燃料电池太阳能电池原子能电池热电发电器分类化学电池物理电池原电池蓄电池燃料电池太阳能电池原子能电池活性物质电池中发生氧化还原反应放出能量的物质，称为活性物质。活性物质仅能使用一次—一次电池放电后经充电可继续使用—二次电池活性物质电池中发生氧化还原反应放出能量的物质，称为活性物质。化学电池由正极、负极和电解质构成。电解质：酸性水溶液、碱性水溶液、各种盐类的中性水溶液，部分非水溶液、融盐类、固体电解质电极反应：正极：P1+ne=P2负极：N1=N2+ne

总反应：P1+N1=N2+P2

△G<0,反应自发进行。二、化学电池的反应化学电池由正极、负极和电解质构成。二、化学电池的反应10.2电池的性能电池性能的要求：

①电动势高，放电时电动势的下降及随时间的变化小；②质量比容量或体积比容量高；③活性物质的利用率大；④维护方便、贮存性及耐久性优异；⑤价格低廉。10.2电池的性能电池性能的要求：一、电池电动势正负极电极电位：

和电池的电动势：一、电池电动势正负极电极电位：根据电化学热力学可知：△G为总反应式中自由能的变化E0为标准电池电动势根据电化学热力学可知：△G为总反应式中自由能的变化常用的一些电极活性物质作电极时的电极电位常用的一些电极活性物质作电极时的电极电位额定电压：

同一种电池中每个电池的电动势不是固定不变的。因此，取其有代表性的数值规定为某种电池的电动势（开路电压），这个值就叫做额定电压。如何提高电池电动势：使用电子亲和力大的、容易还原的物质（在高度被氧化状态下氧化力强的物质）为正极活性物质；使用电子亲和力小、容易氧化的物质（在高度还原状态下还原能力强的物质）为负极活性物质。额定电压：电解液：为使电池便于维护，通常使用水溶液作为电池的电解液特例：强氧化剂F和强还原剂Li，Na等在水中能与水发生剧烈的氧化还原反应；它们必须使用非水溶液、融盐类或固体电解质作为电解质。电解液：二、充、放电过程中的电极极化及端电压随时间的变化无论电池的电动势有多高，在放电时，电池的端电压总是要下降，而在充电时又总是要升高—电池反应的必然规律，影响电池性能的主要问题主要由电池内欧姆电阻及电极极化引起二、充、放电过程中的电极极化及端电压随时间的变化无论电池的电电池放电过程中，电池的端电压：若正、负极上的极化由浓差极化和电化学极化混合控制，则：

电化学极化过电位浓差极化过电位电池放电过程中，电池的端电压：电化学极化过电位浓差极化过电位由第六章知：电化学极化过电位和浓差极化过电位可分别表示为：由第六章知：电化学极化过电位和浓差极化过电位可分别表示为：电池的极化电阻为：电池的极化电阻为：电化学原理-第十章化学电源课件电池欧姆内阻RI由电极、活性物质和电解质溶液中的欧姆电阻组成。大致包括：

①活性物质为电子导体，本身作电极使用的电阻

②惰性电极与活性物质接触形成接触欧姆电阻

③充、放电反应过程中反应物或产物也会产生电阻，且电阻大小不断变化

④电解液的电阻电池欧姆内阻RI由电极、活性物质和电解质溶液中的欧姆电阻组成电化学原理-第十章化学电源课件引起极化的主要原因反应前后在电解质溶液和固体活性物质中都有物质的迁移。在活性物质中反应物粒子或产物粒子的迁移速度比在电解液中的要慢得多，从而引起极化。解决办法：电池反应伴有化学反应过程时添加催化剂，在电极上添加催化剂，提高电池工作温度，减小电池的内阻引起极化的主要原因反应前后在电解质溶液和固体活性物质中都有物三、容量（额定容量）定义：在给定的放电条件下，电池放电至终止电压时所放出的电量。单位：安时（Ah）1安时（Ah）等于用1安培（A）的电流放电1小时（h）比容量：单位体积的容量或单位质量的容量，为提高比容量，活性物质电化当量要小。电极活性物质在放电过程中，由于反应生成物对活性物质放电的影响，往往只有部分活性物质能发生放电反应。活性物质利用率一般在30%-50%之间。三、容量（额定容量）定义：在给定的放电条件下，电池放电至终止表10.3获得1Ah电量所需的活性物质量正极活性物质1Ah所需要的活性物质负极活性物质1Ah所需要的活性物质PbO4.45Pb3.87HgO4.03Cd2.10MnO23.24Zn1.22Ni2O33.08AI0.33AgO2.33CH40.03O20.30H20.04表10.3获得1Ah电量所需的活性物质量正极活性物质1A四、自放电化学电源在不向外输出电流时消耗活性物质的现象。产生原因：活性物质内与电解质中的杂质使电池内形成局部电池。这种局部电池造成了电池内部短路，促进腐蚀，引起自放电。四、自放电化学电源在不向外输出电流时消耗活性物质的现象。锌锰干电池的自放电活性物质锌溶解在电解液中被消耗掉：Zn→Zn2++2e同时锌电极表面发生：2H++2e→H2总反应为：

Zn+2H+→Zn2++H2①若为高纯度锌，则锌表面析氢过电位很高，不会发生自放电。②若锌电极表面有铜、铁之类的低析氢过电位杂质存在，自放电会很容易进行。

③若电解液中溶解有氧，则发生反应：

4H++O2+4e=2H2O锌锰干电池的自放电活性物质锌溶解在电解液中被消耗掉：如何避免自放电活性物质在电解液中的溶解度应该尽可能小；电池体系内应尽可能避免存在容易形成局部电池的杂质；对于自放电剧烈的电池，往往制成注液型电池，只在使用前才注入电解液。如何避免自放电活性物质在电解液中的溶解度应该尽可能小；五、电池的效率（简介）1、效率表示方法电池的总效率是指电池中化学反应放出的总能量与转变为电功的能量之比

最大热效率电压效率法拉第电流效率电池设计的目标是使、为1五、电池的效率（简介）1、效率表示方法2、功率与电流密度的关系3、极限情况下的最大电功(1)电池电压与电流成线性关系

Emax=E/2Imax=E/2m(2)电池电压与电流密度成半对数关系Lnjmax=(E+a-b)/bEmax=b

2、功率与电流密度的关系3、活性物质的利用率4、电池的能量效率二次电池的电量效率和能量效率

3、活性物质的利用率10.3电池反应动力学（简介）在固体活性物质—水溶液体系中，电池反应的速度控制步骤一般有三种：（1）伴有离子和电子传递的固相反应（2）反应生成物参与的固、液相反应（3）反应生成物溶解、再析出反应10.3电池反应动力学（简介）在固体活性物质—水溶液体系中动力学研究中，电极制作方法：一种是把活性物质直接电析在经过相同处理的金属板或碳电极上；另一种是在这种电极上先镀上一层稍厚的活性物质，然后让电极反复地进行阳极氧化和阴极还原。动力学研究中，电极制作方法：一种是把活性物质直接电析在经过相一、伴有离子和电子传递的固相反应MnO2+H2O+eMnOOH+OH-控制步骤是H+离子和e电子向固相内扩散二、反应生成物参与的固、液相反应2MnOOH+2H+MnO2+Mn2++2H2O控制步骤是MnO2在硫酸中放电的过程一、伴有离子和电子传递的固相反应MnO2+H2O+e三、反应生成物溶解、再析出反应发生反应生成物溶解、再析出反应的物质，其反应生成物在电解液中的溶解度很小，即使溶解了，也会立即和溶液发生反应而析出。该反应发生在电极表面附近，可分为晶核的形成和晶核生长两个过程。例：Ag2O变成AgO的过程中，AgO在电极表面形成半球状的晶体，同时晶粒长大。三、反应生成物溶解、再析出反应发生反应生成物溶解、再析出反应10.4一次电池定义：将化学能转化为电能并输出的电化学装置特点：一旦化学能转变为电能，就不能再将电能转变为化学能，即化学反应是不可逆的。分类：干电池、湿电池、注液电池10.4一次电池定义：将化学能转化为电能并输出的电化学装置使用量最大：锌锰电池糊状干电池（用淀粉或甲基纤维素把NH4Cl与ZnCl2混合电解液变成凝胶状）纸板干电池（把电解液吸附在纸板中）碱性干电池（使用吸液性隔膜吸附KOH电解液）使用量最大：锌锰电池糊状干电池（用淀粉或甲基纤维素把NH4C性能比较性能比较一、锰干电池电池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合溶液(淀粉糊化)|MnO2+C(+)以二氧化锰为正极，锌为负极，并以氯化铵水溶液为主电解质，用纸、棉或淀粉等使电解质凝胶化。用途：照明，携带式收音机，火箭点火等形状：圆筒形、方形、扁平形、纽扣形单体、多个串联或并联一、锰干电池电池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合电化学原理-第十章化学电源课件反应机理一般认为，首先在负极Zn上发生：Zn+2Cl-→ZnCl2含水+2e该反应的电位随电解液pH值变化在pH值为1.3~3.85范围内E=-0.465-0.0733pH(E=-0.56~-0.85V)

在pH值为3.9~5.0范围内E=-0.392-0.0916pH(E=-0.75~-0.85V)反应机理一般认为，首先在负极Zn上发生：正极反应非常复杂，电位不仅随MnO2的种类、电解液pH值等变化，而且随放电情况而变化。一般为：在MnO2固相内，电子由正极进入晶格中，发生Mn4+→Mn2+的还原反应，或者说H+与电子都在均一的MnO2固相内参与还原反应，即：

MnO2+H++e→MnOOH如下图(1)、(2)机理，后期按(3)、(4)机理生成Mn2+离子以及锌锰石。正极反应非常复杂，电位不仅随MnO2的种类、电解液pH值等变电化学原理-第十章化学电源课件电化学原理-第十章化学电源课件二、碱锰电池(-)Zn(汞齐化)|NaOH或KOH(30%~40%)水溶液+ZnO|MnO2+石墨(+)外壳是正极，中央部位是锌负极，组成反极结构正极活性物质：高纯度电解二氧化锰，并加入鳞片状石墨作为导电剂电解液：30%的KOH水溶液，其中添加10%~20%ZnO或Zn(OH)2外壳：钢制的容器二、碱锰电池(-)Zn(汞齐化)|NaOH或KOH(30%~反应机理

正极反应，在很宽的电流范围内放电时：⑴MnO1.92→MnO1.7从晶格膨胀到非晶态生成物；⑵MnO1.7→MnO1.5→-MnOOH；⑶MnO1.5→MnO1.33→Mn3O4；⑷最终产物MnO1.0→Mn(OH)2；

反应机理正极反应，在很宽的电流范围内放电时：负极反应，在碱性溶液中：

Zn+4OH-→Zn(OH)42-+2e锌以四羟基锌络离子的形式溶解，当四羟基锌络离子在溶液中达到饱和时，即变成氢氧化锌乃至氧化锌：Zn(OH)42-→Zn(OH)2+2OH-Zn(OH)2→ZnO+2e负极总反应：Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e负极反应，在碱性溶液中：10.5二次电池定义：可反复进行充放电的电池10.5二次电池定义：可反复进行充放电的电池一、铅酸蓄电池铅酸电池的历史是以1859年法国人普兰特的研究为开端的，当时普兰特发现，当直流电通过浸在稀硫酸中的两块铅板时，在两块铅板上能够重复的产生电动势，他便以此为基础制成了蓄电池.分类：开放式、密封式、免维护式结构：Pb|H2SO4|PbO2,Pb

额定电压为2.0V一、铅酸蓄电池铅酸电池的历史是以1859年法国人普兰特的研究电动三轮车专用UPS及电动摩托车用6V、12V起动用干荷电铅酸蓄电池OA型启动系列蓄电池电动车用铅酸电池电动三轮车专用UPS及电动摩托车用6V、12V起动用干荷电铅蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳组成。蓄电池由3只或6只单格电池串联而成，每只单格电池电压约为2V，串联成6V或12V以供汽车选用。蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳组成。蓄电池由3放电时电极反应负极：Pb+SO42-→PbSO4+2e正极：PbO2+SO42-+4H++2e→PbSO4+2H2O电池反应为：Pb+2H2SO4+PbO2→2PbSO4+2H2O放电时电极反应负极：Pb+SO42-→PbSO4+2e充电时电池反应机理充电时，负极反应机理：PbSO4(固体)→PbSO4(液体)→Pb2+→Pb正极最终反应为：PbSO4+2H2O→PbO2+SO42-+4H++2e电池总反应：

2PbSO4+2H2O→Pb+2H2SO4

+PbO2充电时电池反应机理充电时，负极反应机理：电极电位及电动势计算由能斯特公式，得其电动势：实际测得的电动势为：正极的电位为：负极的电位为：

电极电位及电动势计算由能斯特公式，得其电动势：二、碱性蓄电池定义：使用苛性钾等碱性水溶液为电解液的二次电池二、碱性蓄电池定义：使用苛性钾等碱性水溶液为电解液的二次电池电化学原理-第十章化学电源课件1.碱性电池中的电极(1)镍电极

活性物质：氢氧化镍放电机理类似于二氧化锰电极，是通过晶格中电子缺陷和质子缺陷的迁移来实现氧化还原反应的。

镍电极在在苛性钾溶液中的平衡电位与活度的关系：

1.碱性电池中的电极(1)镍电极(2)镉电极反应机理有两种观点：

①

Cd→CdO→Cd(OH)2

②Cd→Cd2+→Cd(OH)2→Cd(OH)2成长电极电位：(2)镉电极(3)氧化银电极银电极在碱性溶液中充电反应：Ag→Ag2O→AgO

放电反应：AgO→Ag2O→Ag

(3)氧化银电极(4)锌电极放电过程：Zn+2OH-→Zn(OH)2+2eZn(OH)2+2OH-→Zn(OH)42-

Zn(OH)42-→ZnO+H2O+2OH-

（四羟基锌络合离子）

充电过程恰好相反

(4)锌电极(5)空气电极

(O2)吸附+e→(O2-)吸附

(O2-)吸附+H2O→(HO2)吸附+OH-(HO2)吸附+e→(HO2-)吸附总反应：

O2+H2O+2e→OH-+HO2-在催化剂的作用下：

2HO2-→O2+2OH-总反应：O2+2H2O+4e→4OH-(5)空气电极三、镍—金属氢化物电池正极是镍电极，负极采用贮氢合金，电解质是KOH水溶液负极充电时：M+H2O+e=MH+OH+

电极电位：镍正极的反应：

Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e充放电反应：Ni(OH)2+MNiOOH+MH三、镍—金属氢化物电池正极是镍电极，负极采用贮氢合金，电解质贮氢合金稀土镍系贮氢合金

LaNi5合金，后用Mn、Al、Co取代Ni，用廉价混合稀土代替LaLaves相贮氢合金(AB2型)

二元锆基Laves相合金，Ti-Zr-V-Cr-Ni多相合金，贮氢量1.8%~2.4%镁基贮氢合金贮氢量3%~3.6%，中温形贮氢合金，吸放氢的动力学性能较差，在碱性溶液中耐腐蚀性差。

贮氢合金稀土镍系贮氢合金思考题1.什么叫化学电源，什么叫物理电源，各有哪些种类？6.能否以PbO作为正极，Li作为负极制造电池？（提示：从电解液、结构、制造工艺、成本等方面考虑）5.如何提高电池的电动势？7.电池在充放电过程中电压的变化由哪些原因引起，如何减小电池端电压的变化，减小电池端电压的变化有何实际意义？思考题1.什么叫化学电源，什么叫物理电源，各有哪些种类？6.ThankYou!ThankYou!63

以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！63第十章

化学电源冶金工程高萌第十章

化学电源冶金工程高萌目录电池类型与电池反应电池的性能电池反应动力学一次电池二次电池目录电池类型与电池反应电池的性能电池反应动力学一次电池二次电10.1电池类型与电池反应一、电池类型

利用物质的化学变化或物理变化，并把这些变化所释放出来的能量直接转变成电能的装置，叫做电池。化学电池：把化学反应产生的能量转换成电能的装置物理电池：把物理反应产生的能量转换成电能的装置10.1电池类型与电池反应一、电池类型分类化学电池物理电池原电池（一次电池）蓄电池（二次电池）燃料电池太阳能电池原子能电池热电发电器分类化学电池物理电池原电池蓄电池燃料电池太阳能电池原子能电池活性物质电池中发生氧化还原反应放出能量的物质，称为活性物质。活性物质仅能使用一次—一次电池放电后经充电可继续使用—二次电池活性物质电池中发生氧化还原反应放出能量的物质，称为活性物质。化学电池由正极、负极和电解质构成。电解质：酸性水溶液、碱性水溶液、各种盐类的中性水溶液，部分非水溶液、融盐类、固体电解质电极反应：正极：P1+ne=P2负极：N1=N2+ne

总反应：P1+N1=N2+P2

△G<0,反应自发进行。二、化学电池的反应化学电池由正极、负极和电解质构成。二、化学电池的反应10.2电池的性能电池性能的要求：

①电动势高，放电时电动势的下降及随时间的变化小；②质量比容量或体积比容量高；③活性物质的利用率大；④维护方便、贮存性及耐久性优异；⑤价格低廉。10.2电池的性能电池性能的要求：一、电池电动势正负极电极电位：

和电池的电动势：一、电池电动势正负极电极电位：根据电化学热力学可知：△G为总反应式中自由能的变化E0为标准电池电动势根据电化学热力学可知：△G为总反应式中自由能的变化常用的一些电极活性物质作电极时的电极电位常用的一些电极活性物质作电极时的电极电位额定电压：

同一种电池中每个电池的电动势不是固定不变的。因此，取其有代表性的数值规定为某种电池的电动势（开路电压），这个值就叫做额定电压。如何提高电池电动势：使用电子亲和力大的、容易还原的物质（在高度被氧化状态下氧化力强的物质）为正极活性物质；使用电子亲和力小、容易氧化的物质（在高度还原状态下还原能力强的物质）为负极活性物质。额定电压：电解液：为使电池便于维护，通常使用水溶液作为电池的电解液特例：强氧化剂F和强还原剂Li，Na等在水中能与水发生剧烈的氧化还原反应；它们必须使用非水溶液、融盐类或固体电解质作为电解质。电解液：二、充、放电过程中的电极极化及端电压随时间的变化无论电池的电动势有多高，在放电时，电池的端电压总是要下降，而在充电时又总是要升高—电池反应的必然规律，影响电池性能的主要问题主要由电池内欧姆电阻及电极极化引起二、充、放电过程中的电极极化及端电压随时间的变化无论电池的电电池放电过程中，电池的端电压：若正、负极上的极化由浓差极化和电化学极化混合控制，则：

电化学极化过电位浓差极化过电位电池放电过程中，电池的端电压：电化学极化过电位浓差极化过电位由第六章知：电化学极化过电位和浓差极化过电位可分别表示为：由第六章知：电化学极化过电位和浓差极化过电位可分别表示为：电池的极化电阻为：电池的极化电阻为：电化学原理-第十章化学电源课件电池欧姆内阻RI由电极、活性物质和电解质溶液中的欧姆电阻组成。大致包括：

①活性物质为电子导体，本身作电极使用的电阻

②惰性电极与活性物质接触形成接触欧姆电阻

③充、放电反应过程中反应物或产物也会产生电阻，且电阻大小不断变化

④电解液的电阻电池欧姆内阻RI由电极、活性物质和电解质溶液中的欧姆电阻组成电化学原理-第十章化学电源课件引起极化的主要原因反应前后在电解质溶液和固体活性物质中都有物质的迁移。在活性物质中反应物粒子或产物粒子的迁移速度比在电解液中的要慢得多，从而引起极化。解决办法：电池反应伴有化学反应过程时添加催化剂，在电极上添加催化剂，提高电池工作温度，减小电池的内阻引起极化的主要原因反应前后在电解质溶液和固体活性物质中都有物三、容量（额定容量）定义：在给定的放电条件下，电池放电至终止电压时所放出的电量。单位：安时（Ah）1安时（Ah）等于用1安培（A）的电流放电1小时（h）比容量：单位体积的容量或单位质量的容量，为提高比容量，活性物质电化当量要小。电极活性物质在放电过程中，由于反应生成物对活性物质放电的影响，往往只有部分活性物质能发生放电反应。活性物质利用率一般在30%-50%之间。三、容量（额定容量）定义：在给定的放电条件下，电池放电至终止表10.3获得1Ah电量所需的活性物质量正极活性物质1Ah所需要的活性物质负极活性物质1Ah所需要的活性物质PbO4.45Pb3.87HgO4.03Cd2.10MnO23.24Zn1.22Ni2O33.08AI0.33AgO2.33CH40.03O20.30H20.04表10.3获得1Ah电量所需的活性物质量正极活性物质1A四、自放电化学电源在不向外输出电流时消耗活性物质的现象。产生原因：活性物质内与电解质中的杂质使电池内形成局部电池。这种局部电池造成了电池内部短路，促进腐蚀，引起自放电。四、自放电化学电源在不向外输出电流时消耗活性物质的现象。锌锰干电池的自放电活性物质锌溶解在电解液中被消耗掉：Zn→Zn2++2e同时锌电极表面发生：2H++2e→H2总反应为：

Zn+2H+→Zn2++H2①若为高纯度锌，则锌表面析氢过电位很高，不会发生自放电。②若锌电极表面有铜、铁之类的低析氢过电位杂质存在，自放电会很容易进行。

③若电解液中溶解有氧，则发生反应：

4H++O2+4e=2H2O锌锰干电池的自放电活性物质锌溶解在电解液中被消耗掉：如何避免自放电活性物质在电解液中的溶解度应该尽可能小；电池体系内应尽可能避免存在容易形成局部电池的杂质；对于自放电剧烈的电池，往往制成注液型电池，只在使用前才注入电解液。如何避免自放电活性物质在电解液中的溶解度应该尽可能小；五、电池的效率（简介）1、效率表示方法电池的总效率是指电池中化学反应放出的总能量与转变为电功的能量之比

最大热效率电压效率法拉第电流效率电池设计的目标是使、为1五、电池的效率（简介）1、效率表示方法2、功率与电流密度的关系3、极限情况下的最大电功(1)电池电压与电流成线性关系

Emax=E/2Imax=E/2m(2)电池电压与电流密度成半对数关系Lnjmax=(E+a-b)/bEmax=b

2、功率与电流密度的关系3、活性物质的利用率4、电池的能量效率二次电池的电量效率和能量效率

3、活性物质的利用率10.3电池反应动力学（简介）在固体活性物质—水溶液体系中，电池反应的速度控制步骤一般有三种：（1）伴有离子和电子传递的固相反应（2）反应生成物参与的固、液相反应（3）反应生成物溶解、再析出反应10.3电池反应动力学（简介）在固体活性物质—水溶液体系中动力学研究中，电极制作方法：一种是把活性物质直接电析在经过相同处理的金属板或碳电极上；另一种是在这种电极上先镀上一层稍厚的活性物质，然后让电极反复地进行阳极氧化和阴极还原。动力学研究中，电极制作方法：一种是把活性物质直接电析在经过相一、伴有离子和电子传递的固相反应MnO2+H2O+eMnOOH+OH-控制步骤是H+离子和e电子向固相内扩散二、反应生成物参与的固、液相反应2MnOOH+2H+MnO2+Mn2++2H2O控制步骤是MnO2在硫酸中放电的过程一、伴有离子和电子传递的固相反应MnO2+H2O+e三、反应生成物溶解、再析出反应发生反应生成物溶解、再析出反应的物质，其反应生成物在电解液中的溶解度很小，即使溶解了，也会立即和溶液发生反应而析出。该反应发生在电极表面附近，可分为晶核的形成和晶核生长两个过程。例：Ag2O变成AgO的过程中，AgO在电极表面形成半球状的晶体，同时晶粒长大。三、反应生成物溶解、再析出反应发生反应生成物溶解、再析出反应10.4一次电池定义：将化学能转化为电能并输出的电化学装置特点：一旦化学能转变为电能，就不能再将电能转变为化学能，即化学反应是不可逆的。分类：干电池、湿电池、注液电池10.4一次电池定义：将化学能转化为电能并输出的电化学装置使用量最大：锌锰电池糊状干电池（用淀粉或甲基纤维素把NH4Cl与ZnCl2混合电解液变成凝胶状）纸板干电池（把电解液吸附在纸板中）碱性干电池（使用吸液性隔膜吸附KOH电解液）使用量最大：锌锰电池糊状干电池（用淀粉或甲基纤维素把NH4C性能比较性能比较一、锰干电池电池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合溶液(淀粉糊化)|MnO2+C(+)以二氧化锰为正极，锌为负极，并以氯化铵水溶液为主电解质，用纸、棉或淀粉等使电解质凝胶化。用途：照明，携带式收音机，火箭点火等形状：圆筒形、方形、扁平形、纽扣形单体、多个串联或并联一、锰干电池电池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合电化学原理-第十章化学电源课件反应机理一般认为，首先在负极Zn上发生：Zn+2Cl-→ZnCl2含水+2e该反应的电位随电解液pH值变化在pH值为1.3~3.85范围内E=-0.465-0.0733pH(E=-0.56~-0.85V)

在pH值为3.9~5.0范围内E=-0.392-0.0916pH(E=-0.75~-0.85V)反应机理一般认为，首先在负极Zn上发生：正极反应非常复杂，电位不仅随MnO2的种类、电解液pH值等变化，而且随放电情况而变化。一般为：在MnO2固相内，电子由正极进入晶格中，发生Mn4+→Mn2+的还原反应，或者说H+与电子都在均一的MnO2固相内参与还原反应，即：

MnO2+H++e→MnOOH如下图(1)、(2)机理，后期按(3)、(4)机理生成Mn2+离子以及锌锰石。正极反应非常复杂，电位不仅随MnO2的种类、电解液pH值等变电化学原理-第十章化学电源课件电化学原理-第十章化学电源课件二、碱锰电池(-)Zn(汞齐化)|NaOH或KOH(30%~40%)水溶液+ZnO|MnO2+石墨(+)外壳是正极，中央部位是锌负极，组成反极结构正极活性物质：高纯度电解二氧化锰，并加入鳞片状石墨作为导电剂电解液：30%的KOH水溶液，其中添加10%~20%ZnO或Zn(OH)2外壳：钢制的容器二、碱锰电池(-)Zn(汞齐化)|NaOH或KOH(30%~反应机理

正极反应，在很宽的电流范围内放电时：⑴MnO1.92→MnO1.7从晶格膨胀到非晶态生成物；⑵MnO1.7→MnO1.5→-MnOOH；⑶MnO1.5→MnO1.33→Mn3O4；⑷最终产物MnO1.0→Mn(OH)2；

反应机理正极反应，在很宽的电流范围内放电时：负极反应，在碱性溶液中：

Zn+4OH-→Zn(OH)42-+2e锌以四羟基锌络离子的形式溶解，当四羟基锌络离子在溶液中达到饱和时，即变成氢氧化锌乃至氧化锌：Zn(OH)42-→Zn(OH)2+2OH-Zn(OH)2→ZnO+2e负极总反应：Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e负极反应，在碱性溶液中：10.5二次电池定义：可反复进行充放电的电池10.5二次电池定义：可反复进行充放电的电池一、铅酸蓄电池铅酸电池的历史是以1859年法国人普兰特的研究为开端的，当时普兰特发现，当直流电通过浸在稀硫酸中的两块铅板时，在两块铅板上能够重复的产生电动势，他便以此为基础制成了蓄电池.分类：开放式、密封式、免维护式结构：Pb|H2SO4|PbO2,Pb

额定电压为2.0V一、铅酸蓄电池铅酸电池的历史是以1859年法国人普兰特的研究电动三轮车专用UPS及电动摩托车用6V、12V起动用干荷电铅酸蓄电池OA型启动系列蓄电池电动车用铅酸电池电动三轮车专用UPS及电动摩托车用6V、12V起动用干荷电铅蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳组成。蓄电池由3只或6只单格电池串联而成，每只单格电池电压约为2V，串联成6V或12V以供汽车选用。蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳组成。蓄电池由3放电时电极反应负极：Pb+SO42-→PbSO4+2e正极：PbO2+SO42-+4H++2e→PbSO4+2H2O电池反应为：Pb+2H2SO4+PbO2→2PbSO4+2H2O放电时电极反应负极：Pb+SO42-→PbSO4+2e充电时电池反应机理充电时，负极反应机理：PbSO4(固体)→PbSO4(液体)→Pb2+→Pb正极最终反应为：PbSO4+2H2O→PbO2+SO42-+4H++2e电池总反应：

2PbSO4+2H2O→Pb+2H2SO4

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