1、10.4 化學(xué)電源 當(dāng)今，化學(xué)與物理電源已廣泛應(yīng)用于信息、能源、交通運送、辦公、工業(yè)自動化、日常生活、衛(wèi)星、載人飛船、軍事武器與裝備等各個領(lǐng)域?；瘜W(xué)電源(電池)：原電池、蓄電池、儲備電池、燃料電池 等物理電源：太陽能電池、溫差發(fā)電器 等第1頁第1頁3、燃料電池（連續(xù)電池）一、化學(xué)電源分類2、二次電池 放電后經(jīng)充電可使活性物質(zhì)恢復(fù)工作能力。 如：鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫(MH)鎳電池、鈉硫電池 等1、一次電池 只能使用一次，活性物質(zhì)耗盡后，不可通過充電方式使其恢復(fù)。 如：鋅錳電池、鋅銀電池、鋅空（氣）電池、鋰一次電池 等如：氫氣、甲醇、天然氣、煤氣等可燃物作為負極反應(yīng)物氧氣作為正極反應(yīng)物普通用

2、構(gòu)成燃料電池使用電池（按電池工作性質(zhì)分）第2頁第2頁二、化學(xué)電源性能和指標主要有三個指標： 容量、比能量、壽命電池容量是指電池存儲電量大小量。1、電池容量普通用以 安培小時 為單位表示 （Ah）例：額定容量為1.3Ah電池 假如以130mA電流放電，那么該電池能夠連續(xù)工作10小時；假如以1300mA電流放電，那供電時間就只有1小時左右。第3頁第3頁2、電池能量密度（比能量）指：電池平均單位體積或質(zhì)量所能釋放出電能。Whdm-3 Whkg-1 活性物質(zhì)量例：鉛酸蓄電池比能量計算 電池反應(yīng)：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O E = 2.044V依Faraday定

3、律可算出，每產(chǎn)生1 A h電量要消耗： 3.866g Pb (PbPb2+) 4.663g PbO2 (PbO2Pb2+) 三者之和約為0.012Kg 3.659g H2SO4質(zhì)量比能量 = EI t /反應(yīng)物質(zhì)量 = 2.0441 / 0.012 = 170.3 w h kg-1第4頁第4頁第5頁第5頁化學(xué)電源壽命包括： 使用壽命 充放壽命 貯存壽命3、電池壽命指二次電池充放周期次數(shù)14.80 Volts40000 mAh216.00 x51.80 x15.00mm質(zhì)保三月索尼PCG-Z600筆記本鋰離子電池- 可重復(fù)充放電500800次左右 -實踐證實：通過充足激活與減少充電次數(shù)能夠有效延

4、長鋰離子電池壽命。 第6頁第6頁 老產(chǎn)品要進一步提升其性能、延長使用壽命、 減少成本和減少原材料消耗 研制出更多新系列產(chǎn)品 都要滿足：體積小、重量輕、容量大、使用壽 命長、成本低、便于使用維護、無污染。 節(jié)約資源、環(huán)境保護三、化學(xué)電源發(fā)展方向電池發(fā)展史第7頁第7頁四、典型化學(xué)電池簡介、 一次電池1、錳干電池（鋅錳電池）NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等鋅筒石墨棒MnO2和C中性鋅錳電池堿性鋅錳電池第8頁第8頁中性鋅錳電池：- Zn | ZnCl(NH4Cl)H2O | MnO2 | C +堿性鋅錳電池：- Zn | 濃KOH(K2Zn(OH)4) | MnO2 | C +負極側(cè)正極側(cè)電池反應(yīng)

5、：長處第9頁第9頁2、銀鋅電池電池結(jié)構(gòu)：用不銹鋼制成小圓盒，盒內(nèi)一端填充氧 化銀和石墨構(gòu)成活性材料，另一端填充 鋅汞合金構(gòu)成活性材料。形似紐扣，故稱紐扣電池。Zn(s) | Zn(OH)2(s) |KOH(40%)+K2ZnO2(飽和液) |Ag2O(s) |Ag(s)+負極 Zn + 2OH- Zn(OH)2 + 2e-正極 Ag2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH-電池反應(yīng)：Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag 銀鋅電池適合用于小電流連續(xù)放電微型器具，輸出電流為微安級，標稱電壓為1.55V。廣泛用于電子手表、照相機、微型電子儀器等小型電子器具。第10頁第10頁 、 二次電

6、池1、鉛酸蓄電池有150多年歷史，長處是性能良好，價格低廉；缺點是比較笨重。1859年法國工程師普蘭特創(chuàng)造第11頁第11頁- Pb(s) | H2SO4( = 1.221.28gcm-3) | PbO2(s) | Pb(s) + 正極活性物質(zhì)是PbO2電池結(jié)構(gòu) 負極活性物質(zhì)是海綿狀金屬Pb 電解液是稀硫酸（密度在 1.051.28 gcm-3 之間）停止放電 停止充電 老式鉛酸蓄電池（開口電池）問題：1、重復(fù)充電有水損失，需要補充蒸餾水維護；2、充電后期 or 過充電，正極析O2，負極析H2，電池不能密封。第12頁第12頁電動車蓄電池充、放電特性放電特性：充電特性：停止放電充電后期，90%以上

7、活性物質(zhì)被還原為PbO2和海綿狀Pb了，進一步充電，就會電解水，生成H2和O2氣，引起失水。第13頁第13頁新型免維護密封式鉛酸蓄電池：電極材料改進第14頁第14頁2、鎘鎳蓄電池特點：自放電小，耐過充放電能力強，循環(huán)壽命長， 但電流效率及能量 效率欠佳，活性物質(zhì)利用率較低，有記憶效應(yīng)。Cd(s) | Cd(OH)2(s) | KOH(aq) | Ni(OH)2 (s) | NiOOH(s)負極 Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2e-正極 NiOOH + 2H2O + 2e- Ni(OH)2 + 2OH-電池反應(yīng): NiOOH + Cd + 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

8、 鎘化合物能在植物和水生生物體內(nèi)積蓄，鎘能引起高血壓、神經(jīng)痛、骨質(zhì)松軟、腎炎和內(nèi)分泌失調(diào)等癥。( 發(fā)達國家嚴禁使用鎘鎳電池 )第15頁第15頁3、鎳氫電池為了處理金屬鎘對環(huán)境污染問題，人們用貯氫金屬代替鎘電極。特點：比能量高，環(huán)境保護，無記憶效應(yīng)，充放 電循環(huán)壽命長，耐過充放電能力強。不產(chǎn)生鎘污染，被譽為“綠色電池”- MHx | KOH | NiOOH +負極 MHx + xOH- xH2O + M + xe-正極 NiOOH + H2O + e- Ni(OH)2 + OH-電池反應(yīng): MHx + xNiOOH M + xNi(OH)2金屬氫化物第16頁第16頁4、鋰離子電池 指以兩種不同能

9、夠可逆地插入及脫出鋰離子嵌鋰化合物分別作為電池正極和負極二次電池體系。- LiC6 LiPF6碳酸乙脂溶液 LiCoO2 +例：LiCoO2和碳電極構(gòu)成鋰離子電池鋰嵌入石墨 含鋰鹽有機溶液 鋰鈷氧化物放電：充放電原理示意圖第17頁第17頁長處：鋰離子電池含有比能量高、體積小、重量輕、工作電壓高、循環(huán)壽 命高、基本無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小。應(yīng)用范圍：廣泛用于移動通訊、筆記本電腦、移動DVD、攝像機、數(shù)碼相機 藍牙耳機等便攜式電子產(chǎn)品。前景：大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用，預(yù)計它將成為21 世紀 電動汽車主要動力電源之一，并將在人造衛(wèi)星、航空航天和儲能 方面得到廣泛應(yīng)用。第18頁第18

10、頁5、全釩液流電池 釩電池是當(dāng)前發(fā)展勢頭強勁優(yōu)秀綠色環(huán)境保護蓄電池之一 ，含有特殊電池結(jié)構(gòu)，可深度大電流密度放電，充電快速；比能量高。 應(yīng)用領(lǐng)域： 可作為太陽能、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)配套儲能裝置；釩電池蓄能電站將逐步取代抽水蓄能電站，在電網(wǎng)調(diào)峰中發(fā)揮主要作用。第19頁第19頁、 燃料電池一個直接將儲存在燃料和氧化劑中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電裝置例：氫-氧燃料電池第20頁第20頁燃料電池汽車：第21頁第21頁燃料電池： - 燃料 | 電解質(zhì) | 氧化劑 +O2、空氣 等氫-氧燃料電池（酸性電解質(zhì)）：負極: 2H2 4H+ + 4e-正極: O2 + 4H+ + 4e- 2H2O電池反應(yīng)：2H2 + O2 = 2H2O優(yōu)點：能量轉(zhuǎn)換效率高，（可達8O以上）； 無污染，噪音低，滿足環(huán)境保護要求； 貯能能力不取決于電池本身，只要不停供應(yīng)燃料，就能連續(xù)產(chǎn)生電能； 可做成模塊式標準組