1、第四章 电化学基础20222022年年1212月月2626日星期一日星期一第二节第二节 化学电源化学电源发明电池的故事发明电池的故事 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。物理学家。有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文，说动物肌肉里贮存着电，剖学家的一篇论文，说动物肌肉里贮存着电，可以用金属接触肌肉把电引出来。看了这篇论可以用金属接触肌肉把电引出来。看了这篇论文，伏特非常兴奋，便决定亲自来做这个实验。文，伏特非常兴奋，便决定亲自来做这个实验。他用许多只活青蛙反复实验，终于发现，实际他用许多只活青蛙反复实验，
2、终于发现，实际情况并不像加伐尼所说的那样，而是两种不同情况并不像加伐尼所说的那样，而是两种不同的金属接触产生的电流，才使蛙腿的肌肉充电的金属接触产生的电流，才使蛙腿的肌肉充电而收缩。为了证明自己的发现是正确的，伏特而收缩。为了证明自己的发现是正确的，伏特决定更深入地了解电的来源。决定更深入地了解电的来源。发明电池的故事发明电池的故事 一天，他拿出一块锡片和一枚银币，把这两种一天，他拿出一块锡片和一枚银币，把这两种金属放在自己的舌头上，然后叫助手将金属导线把金属放在自己的舌头上，然后叫助手将金属导线把它们连接起来，刹时，他感到满嘴的酸味儿。它们连接起来，刹时，他感到满嘴的酸味儿。接着，他将银币和
3、锡片交换了位置，当助手将接着，他将银币和锡片交换了位置，当助手将金属导线接通的一瞬间，伏特感到满嘴的咸味。金属导线接通的一瞬间，伏特感到满嘴的咸味。这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能产生电流。伏特想，只要能把这种电流引出来，就产生电流。伏特想，只要能把这种电流引出来，就能大有作用。能大有作用。伏特经过反复实验，终于发明了被后人称做伏特经过反复实验，终于发明了被后人称做“伏特电堆伏特电堆”的电池，这就是在铜板和锌板中间夹的电池，这就是在铜板和锌板中间夹上卡纸和用盐水浸过的布片，一层一层堆起来的蓄上卡纸和用盐水浸过的布片，一层一层堆起来的蓄电池。这种电
4、池，今天仍然在使用着电池。这种电池，今天仍然在使用着为了纪念他的贡献，人们为了纪念他的贡献，人们把电把电压的计量单位叫做伏特，简称伏，压的计量单位叫做伏特，简称伏，符号符号V V。比如我们手电筒里的电池的。比如我们手电筒里的电池的电压是电压是1.51.5伏特，我们家里的电灯的伏特，我们家里的电灯的电压是电压是220220伏特。伏特。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
5、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、化学电池分类、化学电池分类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定义定义例子例子电池中的反应物质电池中的反应物质进行一次氧化还原进行一次氧化还原反应并放电之后，反应并放电之后，就不能再次利用就不能再次利用又称充电电池或又称充电电池或蓄电池蓄电池在放电后经充电可使电在放电后经充电可使电池中的活性物质获得重池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可生，恢复工作能力，可多次重复使用多次重复使用是一种连续地将燃料和是一种连续
6、地将燃料和氧化剂的化学能直接转氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，化成电能的化学电源，又称连续电池又称连续电池干电池：干电池：电池中的电池中的电解质溶液制成胶电解质溶液制成胶体，不流动，故称体，不流动，故称干电池干电池铅蓄电池、铅蓄电池、锌银蓄电池、锌银蓄电池、镍镉电池、镍镉电池、锂离子电池锂离子电池氢气、甲醇、天然气、氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料煤气与氧气组成燃料电池。电池。如：普通锌锰电池、如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌碱性锌锰电池、锌银纽扣电池银纽扣电池一、化学电池一、化学电池小型高性能小型高性能燃料电池燃料电池、化学电池优点、化学电池优点（）能量转换效率高，供能稳定可
7、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（）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。电池和电池组，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。、判断电池优劣的标准判断电池优劣的标准（）比能量（）比能量 符号符号(Ah/kg)，(Ah/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（3）电池的储存时间的长短）电池的储存时间的长短
8、除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。功率大、储存时间长的电池，其质量好。二、一次电池二、一次电池 普通锌锰干电池：普通锌锰干电池：活性物质为活性物质为NHNH4 4ClCl和淀粉糊作电解和淀粉糊作电解质，还填有质，还填有MnOMnO2 2 和炭黑。电极反应式：和炭黑。电极反应式：负负 极：极：Zn-2eZn-2eZnZn2+2+正正 极：极：2NH2NH4 4+2e+2e+2MnO+2MnO2 2 MnMn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3 H H2 2O O总反应：总反应：Zn+2NHZn+2NH4 4
9、+2MnO+2MnO2 2 ZnZn2+2+Mn+Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3 H H2 2O O 优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。碱性锌锰干电池：碱性锌锰干电池：活性物质为活性物质为KOHKOH和淀粉糊作电解质，还填和淀粉糊作电解质，还填有有MnOMnO2 2 和炭黑。电极反应式：和炭黑。电极反应式：负负 极：极：Zn-2eZn-2e +2OH+2OH-Zn(OH)Zn(OH)2 2正正 极：极：2MnO2MnO2 2+2e+2e+2H+2H2 2O O 2MnOOH+2OH2MnOOH+2OH-
10、总反应：总反应：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O O 2MnOOH+Zn(OH)2MnOOH+Zn(OH)2 2优点：优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。不会气涨或漏液。缺点：缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。银锌电池银锌电池总反应式总反应式:ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2 电极反应式电极反应式:负极负极:Zn2OH-2e-Zn(OH)2 正极正极:Ag2OH2O2e-2Ag2OH-电解液电解液:KOH溶液溶液 这种电池比能量大、电压稳定，储存时间长，适这种电池比
11、能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电宜小电流连续放电，常制成纽扣式电池，广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。锂电池锂电池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
12、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+2S三、二次电池三、二次电池 铅蓄电池铅蓄电池：其电池反应可以正向和逆向进行蓄其电池反应可以正向和逆向进行蓄电池放电时为自发电池，充电时为电解池充电电池放电时为自发电池，充电时为电解池充电后电池容量得到恢复，充放电次数可达千百次后电池容量得到恢复，充放电次数可达千百次 。放电时电极反应式：放电时电极反应式：负负 极：极：PbPb+SO+SO4 42-2-2e-2e-PbSOPbSO4 4正正 极：极：PbOPbO2 2+4H+
13、4H+SO+SO4 42-2-+2e+2e-PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2O O总反应：总反应：PbPb+PbO+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O充电充电时电极反应式与放电时电极反应式相反，时电极反应式与放电时电极反应式相反，所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：PbPb+PbO+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O放电放电充电充电优点：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、
14、价格低廉。价格低廉。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。四、燃料电池四、燃料电池 一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。换成电能的化学电池。电池的电极本身不电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。包含活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。被排除，于是电池就连续不断地提供电能。清洁、能量转换率高的特点。清洁、能
15、量转换率高的特点。燃料电池燃料电池 氢氧燃料电池：氢氧燃料电池：一种高效低污染的新型电一种高效低污染的新型电池。池。负负 极：极：2H2H2 2-4e-4e-4H4H+正正 极：极：O O2 2+4H+4H+4e+4e-2H2H2 2O O 总反应：总反应：2H2H2 2+O+O2 22H2H2 2O O酸性电解质：酸性电解质：碱性电解质碱性电解质:负负 极极:2H:2H2 2-4e-4e-+4OH+4OH-=4H=4H2 2O O 正正 极极:O:O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-总反应总反应:2H:2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O中性电解质中性电
16、解质:负负 极极:2H:2H2 2-4e-4e-=4H=4H+正正 极极:O:O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-总反应总反应:2H:2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O电解质溶液：电解质溶液：KOHKOH负极：负极：CHCH4 4+10 OH+10 OH-8e8e-=CO=CO3 32-2-+7H+7H2 2O O正极：正极：2O2O2 2+4H+4H2 2O+8eO+8e-=8OH=8OH-甲烷燃料电池。甲烷燃料电池。CHCH4 4+2O+2O2 2+2OH+2OH-=CO=CO3 32-2-+2H+2H2 2O O甲醇燃料电池甲醇燃料电池2CH2CH3 3OH+4OHOH+4OH-+3O+3O2 2=2CO=2CO3 32-2-+6H+6H2 2O O电解质溶液：电解质溶液：KOHKOH正极：正极：3O3O2 2+6H+6H2 2O+12eO+12e-=12OH=12OH-负极：负极：2CH2CH3 3OH+16OHOH+16OH-12e 12e-=2CO=2CO3 32-2-+12H+12H2 2O O五、书写电极反应式应注意以下几点：五、书写电极反应式应注意以下几点：减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源
