常见的化学电源ppt课件.ppt
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1、第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源1/14/20231/14/20231/14/2023n阅读教材阅读教材74页页 【思考】【思考】n n目前化学电池主要分为哪几个大类?目前化学电池主要分为哪几个大类?n n 在性能等方面它们各有什么特点?在性能等方面它们各有什么特点?n n 产生电能的基本原理是什么?产生电能的基本原理是什么?n n化学电池与其他能源相比有哪些优点?化学电池与其他能源相比有哪些优点?n n判断电池的优劣标准主要是什么?判断电池的优劣标准主要是什么?1/14/20231/14/2023知识点知识点1:化学电池:化学电池1)概念概念:将化学能变成电能
2、的装置将化学能变成电能的装置2)分类分类:一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如:干电池如:干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池3)优点优点:4)电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:能量转换效率高,供能稳定可靠。能量转换效率高,供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池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。和电池组,使用方便。易维护,可在各种环境下工作。易维护,可在各种环境下工作。比能量比能量 符号符号(Wh/kg),(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输
3、出电能的多少比功率比功率符号是符号是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指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短1/14/20231/14/2023锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池知识点知识点2:各类电池:各类电池1/14/20231/14/2023空气电池空气电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 1/14/20231/14/20231 1、干电池、干电池(普通锌锰电池)普通锌锰电池)干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极,位于中央的顶盖有负极,位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正
4、极,在石铜帽的石墨作正极,在石墨周围填充墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和和淀粉作电解质溶液,还淀粉作电解质溶液,还填充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2,防止产生极化现,防止产生极化现象。电极总的反应式为:象。电极总的反应式为:Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4Cl=ZnClCl=ZnCl2 2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O请写出各电极的电极反应。请写出各电极的电极反应。一、一、一次电池一次电池1/14/20231/14/2023练:写出锌锰干电池的电极反应
5、和总化学反应练:写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。方程式。负极负极正极正极总反应总反应通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化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?判断它已经不能正常供电了?_我们在使用干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?可能是干电池中的什么成分起了作用?Zn-2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2,H2+2MnO2=Mn2O3+H2O锌筒变软,电池表面变得不平整锌筒变软,电池表面变得不平整MnO2Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH
6、+2NH4 4Cl=ZnClCl=ZnCl2 2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O1/14/20231/14/2023碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极:负极:正极:正极:电池反应:电池反应:电解质:电解质:KOHZnZnMnOMnO2 2Zn+2OH-2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考该电池的正负极材料和电解质思考该电池的正负极材料和电解质1/14/20231/14/2023干电池干电池负极负极负极负极:Zn:Zn2e2e-ZnZn2 2 普通锌锰干电池:
7、普通锌锰干电池:普通锌锰干电池:普通锌锰干电池:(-)Zn ZnClZn ZnCl2 2、NHNH4 4ClCl(糊状)(糊状)(糊状)(糊状)石墨石墨石墨石墨(nO2nO2)(+(+)正极正极正极正极:2NH:2NH4 4+2e2e-2NH2NH3 3HH2 2 总电池反应方程式总电池反应方程式总电池反应方程式总电池反应方程式 :2NH2NH4 4ClClZnZnZnClZnCl2 22NH2NH3 3HH2 2 缺点:放电量小,放电过程中易气涨或漏液缺点:放电量小,放电过程中易气涨或漏液缺点:放电量小,放电过程中易气涨或漏液缺点: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:
8、改进后碱性锌锰电池的优点:改进后碱性锌锰电池的优点: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。电流稳定,放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液。电流稳定,放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液。电流稳定,放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液。二氧化锰的用途二氧化锰的用途二氧化锰的用途二氧化锰的用途Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)21/14/20231/14/20232 2、迷你型电池、迷你型电池 优点:电压高、稳定,低污染。优点:电压高、稳定,低污染。优点:电压高、稳定,低污染。优点:电压高、稳定,低污染。用途:手表、相机、心率调节器用
9、途:手表、相机、心率调节器用途:手表、相机、心率调节器用途:手表、相机、心率调节器 HgOHgO(S S)+Zn+Zn(S S)=Hg=Hg(l l)+ZnO+ZnO(S S)AgAg2 2OO(S S)+Zn+Zn(S S)=2Ag=2Ag(l l)+ZnO+ZnO(S S)1/14/20231/14/20233 3、锂电池、锂电池锂电池:锂电池:锂电池:锂电池:(-)LiLiLiLi(S S S S)LiILiILiILiI(晶片)(晶片)(晶片)(晶片)I I I I2 2 2 2(+(+(+(+)锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl(
10、Li-SOCl(Li-SOCl2 2 2 2):8Li+3SOCl8Li+3SOCl8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2 2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2 2 2SOSOSOSO3 3 3 3+2S+2S+2S+2S负极:负极:负极:负极:;正极:;正极:;正极:;正极:。用途:质轻、高能用途:质轻、高能用途:质轻、高能用途:质轻、高能(比能量高比能量高比能量高比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作、高工作效率、高稳定电压、工作、高工作效率、高稳定电压、工作、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。温
11、度宽、高使用寿命,广泛应用于军事和航空领域。温度宽、高使用寿命,广泛应用于军事和航空领域。温度宽、高使用寿命,广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e8Li-8e8Li-8e-=8Li=8Li=8Li=8Li+3SOCl3SOCl3SOCl3SOCl2 2 2 2+8e+8e+8e+8e-=6Cl=6Cl=6Cl=6Cl-+SO+SO+SO+SO3 3 3 32-2-2-2-+2S+2S+2S+2S1/14/20231/14/2023铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池1.铅蓄电池铅蓄电池1)正负极材料正负极材料正极:正极:PbO2负极:负
12、极:Pb2)工作机制工作机制电解质:电解质:H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池,其电极反应分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为放电和充电两个过程二、二次电池二、二次电池1/14/20231/14/2023放电过程总反应:放电过程总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s)+SO42-2e-=PbSO4(s)正极:正极:PbO2(s)+4H+SO42-+2e-=2PbSO4(s)+2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极:负极:放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应
13、的逆过程逆过程1/14/20231/14/2023Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)充电过程充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-还原反应还原反应阴极:阴极:阳极:阳极:2PbSO4(s)+2H2O-2e-=PbO2(s)+H+SO42-氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应:充电过程总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程:铅蓄电池的充放电过程:放电放电充电充电1/14/20231/14/20233)优缺点简析优缺点简析缺点:缺点:比能量
14、低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点:优点:可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池子蓄电池1/14/20231/14/20232 2、银锌蓄电池、银锌蓄电池 正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨,负极盖填充锌汞合金,和石墨,负极盖填充锌汞合金,电解质溶液电解质溶液KOHKOH。反应式为:。反应式为:2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+
15、H2 2O O 写出电极反应式。写出电极反应式。充电充电放电放电1970-1975,1970-1975,1970-1975,1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,1975-1983,1975-1983,1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,1979-1987,1979-1987,1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。
16、为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1998-1992,1998-1992,1998-1992,1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。1/14/20231/14/2023银银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充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:电和放电过程可以表示为:2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+
17、Zn+H2O放电放电充电充电此电池放电时,负极上发生反应的物质是(此电池放电时,负极上发生反应的物质是()A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD电极反应:电极反应:负极:负极:Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极:正极:Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-1/14/20231/14/20233 3、镉镍电池、镉镍电池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+Cd(OH)2 放放电电充电充电负极材料:负极材料:CdCd;正极材料:正极材料:涂有涂有NiONiO2 2,电解质:电解质:KOHKOH溶液。溶液。反应式如下:反应式如下:写出电极反应式。写出电极反应式。特点
18、:比铅蓄电池耐用,可密封反复使用。特点:比铅蓄电池耐用,可密封反复使用。1/14/20231/14/2023镍镍镉可充电电池可发生如下反应:镉可充电电池可发生如下反应:Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知,该电池的负极材料是由此可知,该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A.Cd (A)B.NiO(OH)D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2电极反应:电极反应:负极:负极:Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极:正极:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-1/14/20231/14/2023大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池
19、 燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料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的能量转化率可达近80%80%,约为火力发电的,约为火力发电的2 2倍。倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池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的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零;零;燃料电池发明于燃料电池发明于1919世纪世纪3030年代末,经反复试验、年代末,经反
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