电池组是指装有电解溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间,可以将化学能量转化为电能。分有正、负两个极。当技术进步时,电池可以用来制造电能的小装置。比如太阳能电池。蓄电池性能参数主要有电动势、容量、比能和电阻。以电池为能源,可以获得电压稳定、电流稳定、供电长期稳定、电流受外界影响小、电池结构简单、携带方便、充放电操作简单、性能稳定、不受外界气候和温度影响、性能稳定可靠等优点。
电池的工作原理是化学能直接转化为电能,在电池内自发地进行氧化、还原等化学反应,分别在两个电极上进行。负极活性物质是一种具有负电位和稳定电解质的还原剂,如锌、镉、铅等活泼金属以及氢或烃类。二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物、氧气或空气、卤素及其盐类、氧酸及盐类均为正极活性物质,是一种电位较正的氧化剂。电解质是一种具有良好离子导电性的物质,例如酸、碱、盐的水溶液、有机或无机非水溶液、熔盐或固体电解质等。当外部电路断开时,尽管两极之间存在电位差(开路电压),但没有电流,储存在电池中的化学能量不会转化为电能。当外部电路关闭时,在两个电极电位差的作用下,电流通过外部电路。
由于电解液中没有自由电子,电荷的转移必然伴随着极性物质和电解质界面的氧化和还原反应,反应物质和反应物质的转移。通过离子迁移,还可以实现电荷在电解液中的传递。因此,电池内电荷的正常传递和物质传递是保证电能正常输出的必要条件。电池组内的传质和传质过程在充电时方向恰巧与放电相反;电极反应为可逆的,以保证反相传质传电过程的正常进行。所以,电极反应是电池组成的必要条件。g是吉布斯反应的自由能量增加(焦)f是法拉第常数=96500库=268安小时n表示电池反应的量。这个方程式是电池电动势与电池反应的热力学关系式,也是计算电池能量转换效率的热力学方程。实际上,电流通过电极时,电极电位与热平衡的电极电位发生偏差,称为极化。电流密度越大,极化越严重。极化现象是电池能量损耗的一个重要原因。
电池组是指装有电解溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间,可以将化学能量转化为电能。分有正、负两个极。当技术进步时,电池可以用来制造电能的小装置。比如太阳能电池。蓄电池性能参数主要有电动势、容量、比能和电阻。以电池为能源,可以获得电压稳定、电流稳定、供电长期稳定、电流受外界影响小、电池结构简单、携带方便、充放电操作简单、性能稳定、不受外界气候和温度影响、性能稳定可靠等优点。
而电池由伏特发明。一七八零年,意大利解剖学家伽伐尼在解剖青蛙时,不小心碰到了它的大腿,它的腿部肌肉立即痉挛,仿佛受到了电流的刺激,伽伐尼认为这是一种现象,他称之为生物电。伽伐尼的发现让物理学家们很感兴趣,他们急切地重复枷伐尼的实验,试图找出一种产生电流的方法,经过多次实验,意大利物理学家Vott认为:伽伐尼的“生物电”并不正确。在不同的溶液中浸入两种不同的金属薄片以测试电压。研究表明,只要这两种金属片中存在一种化学反应,金属片之间就能产生电流。这样,伏特成功地制造了世界上第一个电池——伏特电堆。
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原电池的工作原理如下:
1、电极材料由两种金属活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)组成。
2、电解质存在。
3、两电极之间有导线连接,形成闭合回路。
4、发生的反应是自发的氧化还原反应。
只要具备前三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流,所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外,还要求有自发进行的化学反应。也就是说,化学电源必须是原电池,但原电池不一定都能做化学电池。
形成前提:总反应为自发的化学反应。
原电池反应属于放热的反应:
一般是氧化还原反应,但区别于一般的氧化还原反应的是,电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的,而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应,电子通过外电路输送到正极上,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。
两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路,使两个电极反应不断进行,发生有序的电子转移过程,产生电流,实现化学能向电能的转化。
从能量转化角度看,原电池是将化学能转化为电能的装置;从化学反应角度看,原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂,使氧化还原反应分别在两个电极上进行。
普通电池常用的一种是碳-锌干电池。
其形成电流的原理是:
负极是锌做的圆筒,内有氯化铵作为电解质,少量氯化锌、惰性填料及水调成的糊状电解质,正极是四周裹以掺有二氧化锰的糊状电解质的一根碳棒。电极反应是:负极处锌原子成为锌离子(Zn++),释出电子,正极处铵离子(NH4+)得到电子而成为氨气与氢气。用二氧化锰驱除氢气以消除极化。电动势约为15伏。铅蓄电池最为常用,其极板是用铅合金制成的格栅,电解液为稀硫酸。两极板均覆盖有硫酸铅。但充电后,正极处极板上硫酸铅转变成二氧化铅,负极处硫酸铅转变成金属铅。放电时,则发生反方向的化学反应。
以下是锂电池原理及结构:
锂离子电池以碳材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。
锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示)。
在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称为“摇椅电池”。
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