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1、 第二节 化学电源发明电池的故事 伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。有有一一天天,伏伏特特看看了了一一位位名名叫叫加加伐伐尼尼的的解解剖剖学学家家的的一一篇篇论论文文,说说动动物物肌肌肉肉里里贮贮存存着着电电,可可以以用用金金属属接接触触肌肌肉肉把把电电引引出出来来。看看了了这这篇篇论论文文,伏伏特特非非常常兴兴奋奋,便便决决定定亲亲自自来来做做这这个个实实验验。他他用用许许多多只只活活青青蛙蛙反反复复实实验验,终终于于发发现现,实实际际情情况况并并不不像像加加伐伐尼尼所所说说的的那那样样,而而是是两两种种不不同同的的金金属属接接触触产产生
2、生的的电电流流,才才使使蛙蛙腿腿的的肌肌肉肉充充电电而而收收缩缩。为为了了证证明明自自己己的的发发现现是是正正确确的的,伏伏特特决决定定更深入地了解电的来源。更深入地了解电的来源。发明电池的故事 一一天天,他他拿拿出出一一块块锡锡片片和和一一枚枚银银币币,把把这这两两种种金金属属放放在在自自己己的的舌舌头头上上,然然后后叫叫助助手手将将金金属属导导线线把把它它们连接起来,刹时,他感到满嘴的酸味儿。们连接起来,刹时,他感到满嘴的酸味儿。接接着着,他他将将银银币币和和锡锡片片交交换换了了位位置置,当当助助手手将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
3、这些些实实验验证证明明,两两种种金金属属在在一一定定的的条条件件下下就就能能产产生生电电流流。伏伏特特想想,只只要要能能把把这这种种电电流流引引出出来来,就就能能大有作用。大有作用。伏伏特特经经过过反反复复实实验验,终终于于发发明明了了被被后后人人称称做做“伏伏特特电电堆堆”的的电电池池,这这就就是是在在铜铜板板和和锌锌板板中中间间夹夹上上卡卡纸纸和和用用盐盐水水浸浸过过的的布布片片,一一层层一一层层堆堆起起来来的的蓄蓄电电池池。这种电池,今天仍然在使用着这种电池,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
4、号符号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1.5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220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能通过热能转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换器转变为电能的装置化学电源化学电源、化学电池分
5、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
6、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,
7、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
8、次电池普普通通锌锌锰锰干干电电池池:活活性性物物质质为为NH4Cl和和淀淀粉粉糊糊作作电电解解质质,还填有还填有MnO2 和炭黑。电极反应式:和炭黑。电极反应式:负负 极:极:Zn-2eZn2+正正 极:极:2NH4+2e+2MnO2 Mn2O3+2NH3 H2O总反应:总反应:Zn+2NH4+2MnO2 Zn2+Mn2O3+2NH3 H2O 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KOH和淀粉糊作电解质,还填和淀粉糊作电解质,还填有有MnO2 和炭黑。电极反应式:和炭黑
9、。电极反应式:负负 极:极:Zn-2e+2OH-Zn(OH)2正正 极:极:2MnO2+2e+2H2O 2MnOOH+2OH-总反应:总反应:Zn+2MnO2+2H2O 2MnOOH+Zn(OH)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:KO
10、H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-SOCl2):8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+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、高使用寿命,广泛应
11、用于军事和航空领域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S三、二次电池铅铅蓄蓄电电池池:其其电电池池反反应应可可以以正正向向和和逆逆向向进进行行蓄蓄电电池池放放电电时时为为自自发发电电池池,充充电电时时为为电电解解池池充充电电后后电电池池容容量量得得到到恢恢复复,充充放放电电次次数可达千百次数可达千百次。放电时电极反应式:。放电时电极反应式:负负 极:极:Pb+SO42-2e-PbSO4正正 极:极:PbO2+4H+SO42-+2e-PbSO4+2H2O总反应:总反应:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O充充电电时时电电极极反反应应式式与与放放电
12、电时时电电极极反反应应式式相相反反,所所以以可可以以把把上上述述反反应写成一个可逆反应式:应写成一个可逆反应式:Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O放电放电充电充电11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。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、燃料电池一一种种连连续续将将燃燃料料和和氧氧化化剂剂的的化化学学能能直直接接转转换换成成电电能能的的化化学学电电池池。电电池池的的电电极极本本身身不不包包含含活活性性物物质质,只只是是一一个个催催化化转转化化元元件件
13、。工工作作时时,燃燃料料和和氧氧化化剂剂连连续续地地由由外外部部供供给给,在在电电极极上上不不断断地地进进行行反反应应,生生成成物物不不断断地地被被排排除除,于于是是电电池池就就连续不断地提供电能。清洁、能量转换率高的特点。连续不断地提供电能。清洁、能量转换率高的特点。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池。一种高效低污染的新型电池。负负 极:极:2H2-4e-4H+正正 极:极:O2+4H+4e-2H2O 总反应:总反应:2H2+O22H2O酸性电解质:酸性电解质:碱性电解质碱性电解质:负负 极极:2H2-4e-+4OH-=4H2O 正正 极极:O2+2H2O+4e-=
14、4OH-总反应总反应:2H2+O2=2H2O中性电解质中性电解质:负负 极极:2H2-4e-=4H+正正 极极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:2H2+O2=2H2O电解质溶液:电解质溶液:KOH负极:负极:CH4+10 OH-8e-=CO32-+7H2O正极:正极:2O2+4H2O+8e-=8OH-甲烷燃料电池。甲烷燃料电池。CH4+2O2+2OH-=CO32-+2H2O甲醇燃料电池甲醇燃料电池2CH3OH+4OH-+3O2=2CO32-+6H2O电解质溶液:电解质溶液:KOH正极:正极:3O2+6H2O+12e-=12OH-负极:负极:2CH3OH+16OH-12e-=2CO
15、32-+12H2O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:1 1确定原电池的正负极,弄清正负极上发生确定原电池的正负极,弄清正负极上发生反应的物质;反应的物质;2.2.电极反应是一种离子反应,遵循书写离子电极反应是一种离子反应,遵循书写离子反应的所有规则;反应的所有规则;3 3将两极反应的电子得失数配平后,相加得将两极反应的电子得失数配平后,相加得到总反应,总反应减去一极反应即得到另一到总反应,总反应减去一极反应即得到另一极反应;极反应;4.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,在碱性溶形式存在,在碱性溶液中以液中以CO32-形式存在形式存在);5.溶液中不存在溶液中不存在O2-:在酸性溶液中它与:在酸性溶液中它与H结合成结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结、在碱性或中性溶液中它与水结合成合成OH-。减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源
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