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日常生活中常见的化学电源


日常生活中常见的化学电源 原电池是一种将化学能转变为电能的装置, 而化学电源则是一种 实用的原电池。化学电源品种繁多,大体可分为三类: 1.一次电池 (1)锌锰电池—干电池 普遍用在手电和小型器械上的干电池,外壳锌片作负极,中间的 碳棒是正极,它的周围用石墨粉和二氧化锰粉的混合物填充固定,正 极和负极间装入氯化锌和氯化铵的水溶液作为电解质,为了防止溢 出,与淀粉制成糊状物。其电极反应式为: 负极:Zn-2e- == Zn2+ 正极:2 NH4++2e-=2NH3↑+H2↑

产生的 NH3 和 Zn2+作用:Zn2++4NH3 = [ Zn(NH3)4]2+ 产生的 H2 和 MnO2 作用:H2+2MnO2 = Mn2O3+H2O 总反应式为:2Zn+4MnO2+4NH4Cl== [Zn(NH3)4]Cl2+ ZnCl2+2Mn2O3+ 2H2O Zn+2MnO2+2 NH4Cl== Zn(NH3)2Cl2+ 2MnO(OH) 或 Zn+2 NH4+= Zn2++2NH3↑+H2↑ 电池中 MnO2 的作用是将正极上 NH4+还原生成的 H2 氧化成为水,以 免产生 H2 附在石墨表面而增加电池内阻。由于反应中锌筒不断消耗 变薄,且有液态水生成,故电池用久后会变软。 新制干电池的电动势为 1.5V,这样的干电池是“一次”电池,不能 充电再生。 (2)银锌电池—钮扣电池

钮扣电池最常见的为微型的 Ag—Zn 电池,它用不锈钢制成一个 由正极壳和负极壳盖组成的小圆盒。盒内靠正极壳一端充由 Ag2O 和 石墨组成的正极活性材料,负极盖一端填充 Zn—Hg 合金作负极活性 材料,电解质溶液为 KOH。该电池使用寿命较长,广泛用于电子表 和电子计算机。其电极分别为 Ag2O 和 Zn,电解质为 KOH 溶液。其 电极反应式为: 负极:Zn+2OH--2e- == ZnO+H2O 2OH总反应式为:Zn+ Ag2O== ZnO+2Ag (3) 高能电池—锂电池 该电池是 20 世纪 70 年代研制出的一种高能 电池。由于锂的相对原子质量很小,所以比容量(单位质量电极材料 所能转换的电量)特别大,使用寿命长,适用于动物体内(如心脏起 搏器) 。因锂的化学性质很活泼,所以其电解质溶液应为非水溶剂。 如作心脏起搏器的锂—碘电池的电极反应式为: 负极:2Li-2e- ==2Li+ 总反应式为:2Li+I2==2LiI (4)海水铝电池 该电池是 1991 年我国首创以“铝-空气-海水”电 池为能源的新型航海标志灯。这种灯以海水为电解质溶液,靠空气中 氧气使铝不断氧化而产生电流, 只要把灯放入海水中就能发出耀眼的 闪光,其能量比干电池高 20—50 倍。其电极反应式为: 负极:4Al-12e- ==4Al3+ 正极:3O2+6H2O+12e-==12OH正极:I2+2e-==2I正极:Ag2O+H2O+2e-==2Ag+

总反应式为:4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3

2、蓄电池:可以多次反复使用,放电后可以充电复原,又称二次电 池。 (1)铅蓄电池 蓄电池能够充电再生,当其放电时,发生自发反应,它起一个原电池 的作用;充电时发生电解反应,起电解池的作用,可使原来的反应物 再生。汽车用的铅蓄电池是最常用的蓄电池之一。它是由间隔的海棉 状的铅板和二氧化铅所构成,并浸在硫酸溶液中。当电池放电时,发 生下列反应: 负 极 : Pb+SO42--2e- = PbSO4 正 极 :

PbO2 +4H++ SO42-+2e- = PbSO4+2H2O 总反应式为:Pb+PbO2+2H2 SO4=2Pb SO4+2H2O (2)碱性镍—镉电池 该电池以 Cd 和 NiO(OH) 作电极材料,NaOH 作电解质溶液。其电极反应式为: 负 极 : Cd+2OH--2e- ==Cd(OH)2 正 极 :

2NiO(OH)+2H2O +2e-==2Ni(OH)2+2OH总反应式为:Cd+2NiO(OH)+2H2O==Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 从上述两种蓄电池的总反应式可看出, 铅蓄电池在放电时除消耗电 极材料外,同时还消耗电解质硫酸,使溶液中的自由移动的离子浓度 减小,内阻增大,导电能力降低。而镍—镉电池在放电时只消耗水, 电解质溶液中自由移动的离子浓度不会有明显变化,内阻几乎不变, 导电能力几乎没有变化。 3、 燃料电池: 又称连续电池, 一般以天然燃料或其它可燃物质如 H2、

CH4 等作为负极反应物质,以 O2 作为正极反应物质而形成的。燃料 电池体积小、质量轻、功率大,是正在研究的新型电池之一。 (1)氢氧燃料电池 主要用于航天领域,是一种高效低污染的新型电 池,一般用金属铂(是一种惰性电极,并具有催化活性)或活性炭作 电极,用 40%的 KOH 溶液作电解质溶液。其电极反应式为: 负极:2H2 + 4OH--4e- = 4H2O 总反应式为:2H2 + O2 = 2H2O (2)甲醇燃料电池 是最近摩托罗拉公司发明的一种由甲醇和氧气以 及强碱作为电解质溶液的新型手机电池, 电量是现有镍氢电池或锂电 池的 10 倍。其电极反应式为: 负 极 : 2CH4O + 16OH- -12e-==2CO32-+12H2O 正 极 : 正极:O2 + 2H2O +4e- = 4OH-

3O2 + 6H2O +12e- == 12OH总反应式为:2CH4O + 3O2 +4OH-==2CO32-+ 6H2O (3)固体氧化物燃料电池 该电池是美国西屋公司研制开发的,它以 固体氧化锆—氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许 O2-在 其间通过。其电极反应式为: 负极:2H2 + 2O2--4e- = 2H2O 总反应式为:2H2 + O2 = 2H2O 正极:O2 +4e- = 2O2-


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