第五章化学电源与材料

一、化学电源化学能

电能化学反应什么是化学电池？第五章化学电源与能源材料电池太阳能电池笔记本电脑专用电池手机专用电池摄像机专用电池纽扣电池小型高性能燃料电池普通锌锰电池化学电池的组成能导电的物质还原性较强的物质(多是金属电极本身)氧化性较强的物质酸溶液碱溶液盐溶液或熔融液流出电子流入电子氧化反应还原反应化学电池一次电池二次电池燃料电池氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池铅蓄电池锌银蓄电池镍镉电池锂离子电池普通干电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池

电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。

又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。

是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池。电池中电解质性质分为：锂电池、碱性电池、酸性电池、中性电池。I、一次电池——干电池Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2,C负极(Zn)：Zn–2e-=Zn2+正极(MnO2和C)：2MnO2+2NH4++2e-=2MnOOH+2NH3电池总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=2MnOOH+ZnCl2+2NH3锌筒石墨棒MnO2和C普通锌锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2

和

H2O等工作原理碱性锌锰电池构造示意图碱性电池

Zn│KOH│MnO2负极(Zn)：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2优缺点简析：只能一次使用，不能充电；价格较贵；比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。I、一次电池——锌银电池(纽扣电池)Zn│KOH│Ag2O

负极(Zn)：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正极(Ag2O)：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-电池总反应：Zn+Ag2O=ZnO+2AgII、二次电池——铅蓄电池Pb│H2SO4│PbO2负极(Pb)：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极(PbO2)：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

工作原理图①放电过程负极：氧化反应Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：还原反应PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)放电过程总反应：

Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)②充电过程阴极(接电源负极)：还原反应

PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极(接电源正极)：氧化反应2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)

缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：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……铅蓄电池的充放电过程：2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电放电铅蓄电池的优缺点：电极:Pt制作的惰性电极电解质溶液:KOH溶液负极:2H2-4e-+4OH-＝4H2O正极:O2+2H2O+

4e-＝4OH-

总反应：2H2+O2＝2H2O拓展创新氢氧燃料电池若为酸性介质，试写出电极反应式？思考:负极：2H2-4e-＝4H+正极:O2+4H++4e-＝2H2OIII、燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/煤气电池/海水-空气电池)①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出；③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。

缺点：体积较大、附属设备较多

优点：能量转换率高、清洁、对环境好其它燃料电池：烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池……燃料电池的规律燃料电池与前几种电池的差别：

①燃料做负极，助燃剂氧气为正极②电极材料一般不参加化学反应，只起传导电子的作用。减少污染节约资源电池虽小污染大你是否知道家用电池已害？？？家用电池已达到国家低汞或无汞技术要求，可随日常生活垃圾分散投放，无需集中统一回收到2006年初，国内已实现禁止生产和经销汞含量大于电池重量0.0001%的碱性锌锰电池。二、电极的组成、结构和成型方法与电解质溶液发生氧化还原反应的位置电极有正负之分，一般正极为阴极，获得电子，发生还原反应，负极则为阳极，失去电子发生氧化反应。电极可以是金属或非金属，只要能够与电解质溶液交换电子，即成为电极。什么叫电极？电极的组成由一连串相互接触的物相构成，其一端是电子导体──金属（包括石墨）或半导体，另一端必须是离子导体──电解质（这里专指电解质溶液，简称“电解液”或“电液”）。结构最简单的电极应包括两个物相和一个相界面，即〔金属｜电液〕。电极的分类根据组成电极物质的状态，可以把电极分为三类：第一类电极是金属电极和气体电极。

eg.丹尼尔电池中锌电极和铜电极，还有标准氢电极；第二类电极是金属-金属难溶盐电极及金属-金属难溶氧化物电极。

eg.Ag-AgCl电极。第三类电极是氧化还原电极（任一电极皆为氧化还原电极，这里所说的氧化还原电极是专指参加电极反应的物质均在同一个溶液中）。

eg.Fe3+，Fe2+溶液组成的电池电池电极的制备方法高温固相法溶胶-凝胶法液相法机械化学合成法请总结这几种方法的特点！锂离子电池电极材料机械化学合成法原理机械化学合成法是通过高能球磨的作用使不同元素或其化合物相互作用,形成超细粉体的新方法基本过程将粉末混合料与研磨介质一起装入高能球磨机进行机械研磨,经过反复形变、破裂和冷焊,以达到破裂和冷焊的平衡,最终形成表面粗糙、内部结构精细的超细粉末特点在机械化过程中引入大量的应变、缺陷,使得其不同于常规的固态反应,它可以在远离平衡态的情况下发生转变,形成亚稳结构三、电极材料导电性耐腐蚀性寿命长机械加工和强度费用低具有电催化性代表：铜、铅、碳、铁、锌、金属氧化物等电极特点例：氯碱工业长期用石墨作阳极材料，阴极为铁网锌筒石墨棒MnO2和C普通锌锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2

和

H2O等锂离子电池正极材料Li-Co-O----具有电化学容量高、循环特性好、能量密度大。Li-Ni-O-----理论能量密度高,但因循环性能差、安全性低及稳定性差等因素，目前处在研发阶段。Li-Mn-O----其原材料资源丰富、成