电化学能量转换和贮存.ppt

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化电源分类:
(1)原电池:一次电池,放电后不能用充电方法使之复原,锌锰电池。
(2)蓄电池:又称二次电池,充电可使之复原,能多次充放电,循环使用。
(3)贮备电池:在贮存期内电极活性物质和电解质不接触,或电解质处于固态;能贮存几年或十几年,使用时借助动力源或水作用于电解质使电池激活。例如,镁***化银电池、铅高***酸电池。
(4)燃料电池:又称连续电池,其正负极本身不包含活性物质,将燃料(电极活性物质)输入电池就能长期放电。例如,氢氧燃料电池、肼空气燃料电池。
广泛使用或已投产的化学电源:锌锰电池、铅酸蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂电池、锌银电池、碱性锌锰电池空气电池、镁***化银贮备电池等等。
化学电源的研制正朝着如下几方面发展。
(1)车辆动力电池及储备电池:
(2)燃料电池:因其转换效率高和大气污染少,故受到人们的重视。
(3)军用电池:供核武器、导弹、炮弹、坦克、鱼雷的使用。
(4)用作空间探索和海洋开发的辅助电源:
(5)小型及微型电池:
任何化学电源(电池)的四个基本部分:
(1)正极和负极:由活性物质和导电材料以及添加剂等组成。
(2)电解质:
(3)隔膜:石棉纸、微孔橡胶、微孔塑料、尼龙、玻璃纤维。
(4)外壳:
二、化学电源的原理和性能
对于化学电源来说,电池反应的自由能变化是电能的来源。在正、负极上进行的反应被称为成流反应。
铅酸蓄电池,其电池符号及电反应:
正极
负极
电池
电池电动势为
电池反应(按括弧内的式子)的自由能变化,
在25℃时为-,由公式
25℃时电池的电动势
理论上电动势与温度的关系为
实测电动势的温度系数为+~+。
上面算出的是平衡状态下的电动势。实际上由于极化作用,电池放电时的电压总是,低于其平衡电动势的。电池反应需要活化能使电池电压下降,这是活化极化。实用电池的活化极化值较少。
电池反应速度快,才有应用价值。但气体电极等电极的电极反应速度不快,可寻找适合的催化剂来提高反应速度,以降低活化极化。
参加电池反应的物质的浓度变化也会引起电压下降,影响浓差极化的主要因素是扩散。扩散包括溶液液中的扩散和活性物质内部的扩散。
电池的电压降:由电阻极化引起,即欧姆电位降。电阻包括电解质层的电阻、活性物质混合物的电阻、电解质层与活性物质混合物之间或活性物质混合物与集电极之间等的接触电阻。
常电解质溶液的导电性较好,引起的电压降较小。采用金属作负极,则负极的电阻不大。正极活性物质采用氧化物时电阻较大,通常要加入导电性好的物质,如乙炔黑。多数电池在连续放电后,其反应产物积聚在电解质层或电解质层与混合物的界面上,或者氧化物的组成发生变化,都可能导致内阻随着放电进行逐渐增大。
实用的电池对电性能、贮存性能、机械性能、密封性能以及几何形状都有一定的要求,而首要的是具有良好的电性能和贮存性能。主要的电性能和贮存性能如下:
:两电极之间的电位差。开路电压取决于正负极材料的本性、电解质和温度。电池的额定电压或标称电压是指开路电压的最低值。工作电压又称闭路电压,是指电池接通负荷时的电压。欧姆电阻和过电位使工作电压低于开路电压。工作电压的数值及稳定度依赖于放电条件。
:包括欧姆内阻和极化电阻Rf。,前者由电解质、电极材料、隔膜的电阻及各部分零件的接触电阻组成,后者由极化引起。