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1、化学电源化学电源南宁三中南宁三中莫自明莫自明2015.5.19学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？道电池的其它应用吗？电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置能通过热能转换器转变为电能的装置能量转换效率高，供能稳定能量转换效率高，供能稳定可靠。可靠。可以制成各种形状和大小、可以制成各种形状和大小、不同容量和
2、电压的电池和电不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。池组，使用方便。易维护，适应各种环境。易维护，适应各种环境。优点优点:电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:比能量比能量单位单位(Wh/kg)，(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少电能的多少比功率比功率单位是单位是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化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池锂离子电池锂
3、离子电池镍镉蓄电池镍镉蓄电池普通干电池普通干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池甲烷燃料电池甲烷燃料电池甲醇燃料电池甲醇燃料电池锂电池锂电池（2）工作原理：）工作原理：总：总：Zn+2MnO2+2NH4+=Mn2O3+2NH3+Zn2+H2O1 1、普通锌锰干电池、普通锌锰干电池负极：负极：正极：正极：Zn-2e=Zn2+2NH4+2e+2MnO2=2NH3+Mn2O3+H2O（1）构造：）构造：Zn|NH4Cl、淀粉、淀粉|MnO2一、一次电池一、一次电池2NH4+2e=2NH3+H22MnO2+H2=Mn2O3+H2O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2、
4、碱性锌锰干电池、碱性锌锰干电池（2）工作原理：）工作原理：总：总：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2负极：负极：正极：正极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-（1）构造：）构造：Zn|KOH|MnO2。一、一次电池一、一次电池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。总总:Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2负极：负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2正极：正极：Ag2O+H2O+2e-=2
5、Ag+2OH-一、一次电池一、一次电池3、银锌纽扣电池、银锌纽扣电池 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、心率调节器等等用途：手表、相机、心率调节器等等4 4、锂电池（一次）、锂电池（一次）锂电池：锂电池：（-）LiLi（S S）LiILiI（晶片）（晶片）I I2 2(+(+）锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2)：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极：负极：；正极：；正极：。用途：质轻、高能用途：质轻、高能(比能量高比能量高)、高工作效率、高稳定
6、电压、工、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。作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e-=8Li=8Li+3SOCl3SOCl2 2+8e+8e-=6Cl=6Cl-+SO+SO3 32-2-+2S+2S1、铅蓄电池、铅蓄电池（1）构造：）构造：Pb|H2SO4|PbO2负极负极:Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极正极:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O二、二次电池二、二次电池Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)放电放电充电充电（2）工作原理：）工作原理：放电：
7、放电：PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-阴极阴极：与外接电源与外接电源负极负极相连相连阳极阳极：与外接电源与外接电源正极正极相连相连PbSO4(s)+2H2O-2e-=PbO2(s)+4H+SO42-二、二次电池二、二次电池充电：充电：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO42PbSO4(s)+2H2O(l)放电放电充电充电（3）优缺点简析）优缺点简析缺点：缺点：比能量低、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、价格低廉价格低廉二、二次电池二、二次电池2、镍镉电池、镍镉电
8、池（1）构造：）构造：Cd|KOH|NiOOH（2）工作原理：）工作原理：Cd+2NiOOH+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2放电放电充电充电放电：放电：负极：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极：正极：2NiOOH+H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-阴极阴极：与外接电源与外接电源负极负极相连相连阳极阳极：与外接电源与外接电源正极正极相连相连2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+H2O二、二次电池二、二次电池充电：充电：Cd+2NiOOH+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2放电放电充电充电3、镍氢电池、镍氢电池(M
9、H-Ni)圆柱可充镍氢电池圆柱可充镍氢电池圆柱可充镍氢电池圆柱可充镍氢电池 方形可充镍氢电池方形可充镍氢电池方形可充镍氢电池方形可充镍氢电池 负极：负极：H2+2OH-2e-=2H2O正极：正极：2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-总反应：总反应：H2+2NiOOH2Ni(OH)2放电放电放电放电充电充电充电充电MH+NiOOHNi(OH)2+M放电放电放电放电充电充电充电充电4、锂离子离子电池池可大可大电流快速放流快速放电、充、充电容量大容量大体体积小、重量小、重量轻无无记忆效效应相相对环保、安全保、安全聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池它的负极材料是金属锂和碳的复合材料
10、它的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作碳作为金属锂的载体为金属锂的载体)，电解质为一种能传导，电解质为一种能传导Li+的的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：为：Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2放电放电充电充电新型锂离子电池可用作节能环保电动汽车的新型锂离子电池可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂动力电池。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离是新型锂离子电池的首选电极材料，电池的正极材料是子电池的首选电极材料，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含，负极材料是石墨，含Li+导电固体导电固体为电解质，反应式为：
11、为电解质，反应式为：FePO4+LiLiFePO4放电放电充电充电磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2)，充电时，充电时，LiCoO2中中Li被氧化，被氧化，Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，以中，以LiC6表示。电池反应为表示。电池反应为充电充电放电放电LiCoO2+C6CoO2+LiC6，某可充电的锂离子电池以某可充电的锂离子电池以LiMn2O4为正极，为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含嵌
12、入锂的碳材料为负极，含Li+导电固体为电导电固体为电解质。放电时的电池反应为：解质。放电时的电池反应为：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4其他高考中出现过的锂电池其他高考中出现过的锂电池锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池，该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为离子电池放电时的电极反应式为负极反应：负极反应：C6Lixe=C6Li1x+xLi+(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成复合材料表示锂原子嵌入石墨形成复合材料)正极反应：正极反应：Li1xMO2+xLi+xe=LiMO2(LiMO
13、2表示含锂的过渡金属氧化物表示含锂的过渡金属氧化物)Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2放电放电充电充电FePO4+LiLiFePO4放电放电充电充电充电充电放电放电LiCoO2+C6CoO2+LiC6，Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4负极反应：负极反应：Lie=Li+正极反应：正极反应：Li+氧化剂氧化剂=锂盐锂盐Li+LiMn2O4+e-=Li2Mn2O4Li+CoO2+e-=LiCoO2Li+FePO4+e-=LiFePO4C6Lixe=C6Li1x+xLi+(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成表示锂原子嵌入石墨形成复合材料复合材料)燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮
14、藏在电池内，燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。断排出电池。三、燃料电池三、燃料电池1、氢氧燃料电池氢氧燃料电池总反应方程式总反应方程式：2H2O22H2O两个电极均为惰性电极（石墨两个电极均为惰性电极（石墨/铂：吸附气体能力强）铂：吸附气体能力强）三、燃料电池三、燃料电池氢氧燃料电池电极反应氢氧燃料电池电极反应总反应：总反应：2H2+O2=2H2O酸酸性性负极负极正极正极中中性性负极负极 正极正极碱碱性性负极负极正极正极2H2-4e-=4H+O2+4e-+4H+=2H
15、2O2H2-4e-=4H+O2+4e-+2H2O=4OH-2H2+4OH-4e-=4H2OO2+4e-+2H2O=4OH-（2）CH4|KOH|O2总反应：总反应：CH4+2O2+2OH-CO32-+3H2O正极：正极：2O2+8e-+4H2O8OH-负极：负极：CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O三、燃料电池三、燃料电池2、甲烷燃料电池甲烷燃料电池（1）CH4|H2SO4|O2总反应：总反应：CH4+2O2CO2+2H2O正极：正极：2O2+8e-+8H+4H2O负极：负极：CH4-8e-+2H2OCO2+8H+书写燃料电池的电极反应式：书写燃料电池的电极反应式：1、写出燃烧反应；
16、、写出燃烧反应；2、根据电解液改写燃料电池总反应；、根据电解液改写燃料电池总反应；3、写出正极的电极反应式、写出正极的电极反应式(一般较简单一般较简单);正极反应一般为：正极反应一般为：酸性介质酸性介质O2+4H+4e=2H2O碱性介质碱性介质O2+2H2O+4e=4OH4、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式、由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。得负极的电极反应式。5.负极失电子所得氧化产物和正极得电子所负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关得还原产物，与溶液的酸碱性有关(如如4价价的的C在酸性溶液中以在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶形式
17、存在，在碱性溶液中以液中以CO32-形式存在形式存在)。书写燃料电池的电极反应式：书写燃料电池的电极反应式：（2）CH3OH|KOH|O2总反应：总反应：_负极：负极：_正极：正极：_（1）CH3OH|H2SO4|O2总反应：总反应：_负极：负极：_正极：正极：_（3）以）以Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，的熔融盐混合物作电解质，CO为负为负极燃气，空气与极燃气，空气与CO2的混合气为正极燃气，制得在的混合气为正极燃气，制得在65下工作下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：的燃料电池，完成有关的电池反应式：负极反应式：负极反应式：2CO-4e-+2CO32-=4CO2正极反应式：正极反应式：_总反应式：总反应式：_O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO22CH3OH+16OH-12e-=2CO32-+12H2O3O2+6H2O+12e-=12OH-2CH3OH+4OH-+3O2=2CO32-+6H2O2CH3OH12e-+2H2O=2CO2+12H+3O2+12e-+12H+=6H2O2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O