【正文】 2＋ Cu 2＋ + 2e → Cu 左面帶正電，右面帶負(fù)電，電荷不平衡，反應(yīng)不能持續(xù) 化學(xué)電源的組成和工作原理 3 27 2022/5/31 化學(xué)電源的組成和工作原理 4 Zn 2e → Zn 2＋ 氧化 陽(yáng)極 負(fù)極 Cu 2＋ + 2e → Cu 還原 陰極 正極 Zn+Cu2+ → Zn 2＋ +Cu () Zn│ZnSO4（ a1)‖CuSO4(a2) │Cu(+) 28 2022/5/31 化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能實(shí)現(xiàn)條件和基本部件 化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的條件： 1. 空間的隔離（區(qū)別與一般氧化還原反應(yīng)） 2. 電子必須經(jīng)過(guò)外電路（區(qū)別與微電池） 兩極之間電子通過(guò)外部，離子傳導(dǎo)通過(guò)內(nèi)部 四個(gè)基本部件： 兩個(gè)電極 電解質(zhì) 隔膜 外殼 29 2022/5/31 Zn－ Cu電池 Zn 2＋ + 2e → Zn 還原 負(fù)極 Cu 2e → Cu 2＋ 氧化 正極 Zn 2＋ + Cu →Zn + Cu 2+ 充電 30 2022/5/31 break2022221 1st 31 2022/5/31 電池反應(yīng)的特點(diǎn) 1. 反應(yīng)在界面進(jìn)行，有電荷和物質(zhì)轉(zhuǎn)移 2. 反應(yīng)總是“共軛”，兩個(gè)反應(yīng)分隔 3. 電池極性 反應(yīng) 4. 電子必須經(jīng)過(guò)外電路 32 2022/5/31 電池極性 反應(yīng) 負(fù)極 正極 電荷性質(zhì) 陽(yáng)極 陰極 氧化還原性質(zhì) Ox+eRe 放電 負(fù)極 → e 氧化反應(yīng) 陽(yáng)極 正極 e → 還原反應(yīng) 陰極 充電 負(fù)極 e → 還原反應(yīng) 陰極 正極 → e 氧化反應(yīng) 陽(yáng)極 充電 電解是和常識(shí)相同 返回 33 2022/5/31 組成電池各部分作用 1. 電極 正極 負(fù)極 活性物質(zhì) 2. 電解質(zhì) 離子導(dǎo)電 3. 隔膜 隔絕電子導(dǎo)電 4. 外殼 容器 外衣 34 2022/5/31 電極材料 負(fù)極 （陽(yáng)極 anode還原劑） ? 活潑金屬 H HM Li Na Mg Zn Cd Pb 正極 （陰極 cathode氧化劑） F（太活潑 氣體） Cl2（氣體） O2 固體比較好 MnO2 AgO PbO2 NiOOH HgO TiS2 AgCl LiMOx 35 2022/5/31 元素周期表 H Tim Helvey He Li Be Solids固體 Man Made Elements B C N O F Ne Na Mg Gases氣體 Liquids液體 Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Element periodic table 36 2022/5/31 電池材料選擇原則 1. 電動(dòng)勢(shì)高 2. 電化當(dāng)量低 3. 電化學(xué)活性高 提高比表面 4. 電解質(zhì)穩(wěn)定性高 5. 環(huán)境友好 6. 活性物質(zhì)導(dǎo)電性好 7. 來(lái)源豐富 價(jià)格便宜 37 2022/5/31 電解液 隔膜 電解液 導(dǎo)電能力強(qiáng) 穩(wěn)定性好 隔膜 ? 隔絕電子 傳導(dǎo)離子能力強(qiáng) ? 耐腐蝕 ? 經(jīng)受正極氧化劑的氧化 ? 材料來(lái)源豐富 價(jià)格便宜 38 2022/5/31 第二節(jié) 化學(xué)電源的分類 ? 按工作性質(zhì)分類 1. 一次電池（ Primary Battery） 2. 二次電池 （ Secondary Battery） 3. 儲(chǔ)備電池 （ Storage Battery） 激活電池：熱激活 電解液激活 4. 燃料電池 （ Fuel Cell） 39 2022/5/31 化學(xué)電源的分類 ? 按電解質(zhì)性質(zhì)分類 1. 酸性電池 2. 堿性電池 3. 中性電池 4. 有機(jī)電解質(zhì)電池 5. 固體電解質(zhì)電池 40 2022/5/31 其他電池 電池 蓄電池 ——鉛酸蓄電池 高容量紙板電池 高功率紙板電池 一次電池 鋅錳干電池 各種扣式電池 鋰原電池 糊式電池 紙板電池 堿性電池 小型二次電池 鎘鎳電池 氫鎳電池 鋰離子電池 可充電堿錳電池 開口式鉛酸蓄電池 密封式鉛酸蓄電池 燃料電池 金屬 —空氣電池 太陽(yáng)能電池 化學(xué)電源的分類 超級(jí)電容器 41 2022/5/31 第三節(jié) 電池的電性能 一. 電池的電動(dòng)勢(shì)和開路電壓 開路電壓 :電池在斷路時(shí)電池兩極的電壓差 電動(dòng)勢(shì) :根據(jù)電池反應(yīng)，應(yīng)用熱力學(xué)方法的計(jì)算值 ΔG= nFE Red1+Ox2 → Red 2+Ox1 ΔG= ΔG0+RTln([Red1][Ox2]/ [Red2][Ox1] E=E0(RT/nF)ln([Red1][Ox2]/ [Red2 ][Ox1] 開路電壓 : 實(shí)際測(cè)量值 電動(dòng)勢(shì) ≥開路電壓 42 2022/5/31 二 .電池的內(nèi)阻 ? 電池的內(nèi)阻是指電流通過(guò)電池內(nèi)部受到的阻力 ? 包括 歐姆電阻 極化電阻 ? 極化電阻包括電化學(xué)極化和濃差極化 ? V＝ E－ I（ RΩ+Rp ) V 工作電壓 E 開路電壓 I 電流 RΩ歐姆電阻 Rp 極化電阻 43 2022/5/31 二 .電池的歐姆內(nèi)阻 ? 電極材料電阻 加入導(dǎo)電劑 電極壓制 制造工藝 ? 電解液電阻 采用導(dǎo)電性能好的電解液 ? 隔膜電阻 隔膜的厚薄和孔率 ? 正負(fù)極和外殼的接觸電阻 緊密裝配 焊接 44 2022/5/31 三 .電池的放電電壓和充電電壓 ? 放電電壓：電池在放電時(shí)電池兩端的電壓 結(jié)冰 ? 放電初始電壓 開始幾秒種 ? 放電平臺(tái)電壓 ? 放電終止電壓 ? 過(guò)放電 ? 放電方式：恒阻 恒流放電 ? 連續(xù)放電 間歇放電 10 0 10 20 30 40 50 60 70 E/VTim e/m in45 2022/5/31 電池的充電電壓 ? 充電電壓：電池在充電時(shí)電池兩端的電壓 冰融化 ? 充電初始電壓 開始幾秒種 ? 充電平臺(tái)電壓 ? 充電終止電壓 ? 過(guò)充電 ? 充電方式 恒壓 恒流 脈沖充電 10 0 10 20 30 40 50 60 70 E/VTim e/Mi n46 2022/5/31 END 202231 2nd Begin 202238 3rd 47 2022/5/31 Review1 ? 陰極 陽(yáng)極 正極 負(fù)極 ? 按電解質(zhì)性質(zhì)分類 ,電池可分為： 1. 酸性電池 2. 堿性電池 3. 中性電池 4. 有機(jī)電解質(zhì)電池 5. 固體電解質(zhì)電池 48 2022/5/31 四 .電池的容量和比容量 ? 電池的容量 （ Capacity， C） 在一定放電制度下（在一定 I放 、 T放 、 V終 ）電池所給出的電量，單位庫(kù)侖（ C） AmCCV?39。 ? Wth＝ I t E ? = Cth h/m3 W ? 電池的比功率，單位體積或單位體積電池輸出的功率對(duì)外作功所輸出的電能，單位W/m3或 W /kg, kW/m3或 kW /kg 。5 H2O 電液類型 電導(dǎo)率／ S?m1 pH值 水蒸氣壓／ Pa Zn2＋ 離子狀態(tài) 氯化鋅型 氯化銨型 15 43 2933 2340 [Zn(H2O)]2+ [ZnCl4]2— 差異 氯化銨型 氯化鋅型 反應(yīng)式不同 無(wú)水生成和消耗 消耗大量的水 防漏性能好，不容易漏液 蒸氣壓 低 高 密封要求高 產(chǎn)物不同 Zn（ NH3） 2Cl2， 致密而堅(jiān)硬的沉淀 ZnCl2 79 2022/5/31 堿性鋅錳電池結(jié)構(gòu)圖 80 2022/5/31 鋼殼 成環(huán) 正集環(huán)入筒 涂封膠口 插隔膜管 加電液 儲(chǔ)存 在線測(cè)試 卷邊 扎線 插集流體 注鋅膏 吸電液 測(cè)試 貼標(biāo) 成品電池 堿性鋅錳電池制作過(guò)程 81 2022/5/31 二氧化錳概述 ? Manganese dioxide MnO2 ? 黑色無(wú)定形粉末，或黑色斜方晶體 ? 分類 ? 天然二氧化錳 (NMD) 糊式鋅錳電池 化學(xué)二氧化錳 (CMD) 電解二氧化錳 (EMD) 堿性鋅錳電池 ? 按來(lái)源分類 ? 硬錳礦 (α MnO2 ) 軟錳礦 (β MnO2)斜方錳礦 (γ MnO2) 水錳礦 (γ － MnOOH)菱錳礦 (MnCO3) 82 2022/5/31 二氧化錳晶體結(jié)構(gòu) γMnO2 （ 1 2隧道） αMnO2 （ 2 2隧道） βMnO2 （ 1 1隧道） 結(jié)構(gòu)單元 MnO6 83 2022/5/31 化學(xué)二氧化錳 ? 化學(xué) MnO2的制備方法 ? MnO2礦石 →還原焙燒 →歧化活化 →過(guò)濾水洗 →中和 →干燥 →活化二氧化錳 ? 還原焙燒 4MnO2 700℃ 2Mn2O3＋ O2 ? 歧化活化 Mn2O3＋ H2SO4 →MnO2＋ MnSO4＋ H2O 化學(xué)二氧化錳密度較小， MnO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于70％ 84 2022/5/31 化學(xué)二氧化錳 1 ? 化學(xué) MnO2的制備方法 ? 重質(zhì)化氧化 氧化劑 氯 酸鈉 ? MnSO4＋ 2NaClO3 → MnO2＋ 2ClO2＋ Na2SO4 5MnSO4＋ 2NaClO3+ H2O → 5MnO2＋ Na2SO4 ＋4H2SO4 ＋ MnSO4＋ Cl2 所得活性二氧錳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 75％，密度較大，相當(dāng)于電解二氧化錳一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn) 85 2022/5/31 電解二氧化錳 ? 原料：菱錳礦（ MnCO3） 天然二氧化錳 ? ? MnCO3＋ H2SO4 →MnSO4＋ CO2＋ H2O ? MnO2 煅燒 1000度 →MnO + H2SO4 → MnSO4 ? 電解條件： 陽(yáng)極鈦板 碳電極 陰極碳電極 電解液 MnSO4 110～ 140 g L－ 1 H2SO4 2842 g L－ 1 溫度 85～ 95度 槽電壓 2～ 3V 86 2022/5/31 電解二氧化錳 1 ? 電解反應(yīng) ? 陽(yáng)極： Mn2＋ ＋ 2H2O → MnO2+4H++2e ? 陰極 2H＋ ＋ 2e → H 2 ? 沉積二氧化錳剝離，研磨，水洗，酸洗，中和，過(guò)濾，干燥，包裝 ? 電解二氧化錳的晶型為 γ型 87 2022/5/31 負(fù)極