化学电源

末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入 实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：
燃料电池
（-）Ni（多孔） KOH（溶液） NiO2 (+） 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 负极 : 2H2+4OH-－4e-＝4H2O 正极 : O2+2H2O＋4e-＝4OH总反应方程式 ： 2H2＋O2＝2H2O
Pt电极
O2
KOH
氢氧燃料电池模拟
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应 将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电 极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池， 由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称 作燃料电池，根据两极上反应的实质判断， 负极 通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 为___________________；通入氧气的一极 正极 为_______，电极反应为 __________________________________，总 CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 反应为__________________________。
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
固体燃料电池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
负 极
正 极 负 极 正 极
2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O O2 + 4e-= 2O2－ 2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
氢氧燃料电池
航天技术上使用的一种电 H2 池，它具有高能、轻便、 不污染环境等优点。用Pt 做电极，KOH溶液做电解 液，因其反应与氢氧燃烧 相似，故称为氢氧燃烧电 池。请写出各电极的电极 反应。
化学电源
1)概念:
将化学能变成电能的装置
①一次电池又称不可充电电池——如：干电池 2)分类: ②二次电池又称充电电池——蓄电池 ③燃料电池
①能量转换效率高，供能稳定可靠。 ②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。 ③易维护，可在各种环境下工作。
3)优点:
4)电池优劣的判断标准:
电池反应：PbO2 + Pb +2H2SO4
= 2PbSO4 + 2H2O
(3)镍氢（MH-Ni) 电池
负极： 1/2H2 + OH- - e- = H2O 正极： NiOOH + H2O + e-= Ni(OH)2 + OH-
电池反应：1/2H2 + NiOOH = Ni(OH)2
(4)燃料电池 实物展示
O2+4e-+2H2O=4OH-
①比能量 ［符号(A· h/kg)，(A· h/L)］ 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 ②比功率 [符号是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 ③电池的储存时间的长短
2.化学电源
(1)干电池
正极
负极
锌片
石墨 电解质
一次电池
a、干电池(普通锌锰电池）
干电池用锌制桶形外壳作 负极，位于中央的顶盖有 铜帽的石墨作正极，在石 墨周围填充NH4Cl、ZnCl2 和淀粉作电解质溶液，还
碱性锌-锰干电池
电池反应：
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2 ［思考］该电池的正负极材料和电解质．
负极：——Zn
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
正极：——MnO2
2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH电解质：KOH
干电池小结
普通锌锰干电池：（-）Zn ZnCl2、NH4Cl（糊状） 石墨(ＭnO2)(+） 负极: Zn－2e-＝Zn2＋ 正极: 2NH4+＋2e-＝2NH3↑＋H2 ↑ 总电池反应方程式 ：2NH4Cl＋Zn＝ZnCl2＋2NH3↑＋H2↑
燃料电池
大有发展前景的燃料电池
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30年代
铅蓄电池的充放电过程：
2PbSO4(s)+2H2O(l)
放电
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq ) 充电
3)优缺点简析
Leabharlann Baidu
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……
……
b、迷你型电池
HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S） Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）
优点：电压高、稳定，低污染。
用途：手表、相机、心率调节器
c、锂电池
锂电池：（-）Li（S） LiI（晶片） I2(+） 锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S 负极： 8Li-8e-=8Li+ ；正极： 3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S。
缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液
改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。 Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
化 学 电 源
请考虑，废旧干电池，有无污染的问题，如何解决？
(开发新电池)
太阳能电池 核电池
新 电 池
燃料电池 银-锌电池 碱性蓄电池 浓差电池
正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
镉镍电池
负极材料：Cd； 正极材料：涂有NiO2， 电解质：KOH溶液。 反应式如下：
放电
NiO2+Cd+2H2O
充电
Ni(OH)2+ Cd(OH)2
写出电极反应式。
特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
镍—镉可充电电池可发生如下反应：
Cd(OH)2+2Ni(OH)2
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
①充电过程
接电源负极 阴极：PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq) 还原反应 阳极： 接电源正极
氧化反应 充电过程总反应： 2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq)
写出电极反应式。
银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的 充电和放电过程可以表示为： 2Ag+Zn(OH)2
充电 放电
Ag2O+Zn+H2O
此电池放电时，负极上发生反应的物质是（D ） A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
电极反应： 负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
①放电过程 负极：Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s) 氧化反应
正极：
PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s) +2H2O(l)
还原反应 放电过程总反应：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
燃料电池工作原理
介质 酸性 中性 碱性 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O 负极 正极 负极 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
正极 负极 正极
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工 作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。
二次电池
铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电 池……
铅蓄电池 1)正负极材料
正极：PbO2 负极：Pb 电解质：H2SO4溶液
2)工作机制
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
充电
放电
Cd+2NiO(OH)+2H2O
由此可知，该电池的负极材料是（ A ）
A. Cd B. NiO(OH) C. Cd(OH)2 D. Ni(OH)2
电极反应：
负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-
(2)蓄 电
池
负极： Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 正极： PbO2 + 4H++ SO42- + 2e=PbSO4 + 2H2O
Zn-2e-=Zn2+
2NH4++2e-=2NH3+H2
Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2
锌锰碱性电池
锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为MnO2 ,还原 产物为Mn2O3 ,电解质是KOH溶液，其放电曲线如图所示：
请写出电极反应式并分析其工作原理。该电池有何优点？
优点: 工作电动势稳定
若不改变Zn取材，如何使它在作电极时变活泼？ （Zn片改为Zn粉，反应面积成倍增加，放电 电流大幅度提高）
练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反 应方程式。
负极———————————————— 正极———————————————— 总反应——————————————— 通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变 化判断它已经不能正常供电了？ 锌筒变软，电池表面变得不平整 _____________________________我们在 使用干电池的过程中并没有发现有气体产生， 请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？ MnO2
银锌蓄电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。
正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合 金，电解质溶液KOH。反应式为： 充电 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 放电
填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化 现象。电池内总的反应式为：
4NH4Cl+2Zn+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O
请写出各电极的电极反应。
干电池工作原理
负极（锌筒）：Zn-2e—=Zn2+， 正极（石墨）: 2NH4++2MnO2 + 2e—=2NH3↑+Mn2O3+H2O 总反应： Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O