武汉大学：《物理化学》课程教学资源（PPT课件）第十二章 不可逆电极过程 §4 化学电源

§4 化学电源 化学电源性能指标 1.电动势与开路电压： 2.工作电压与电池内阻； 3.电池容量与放电深度： 4.比能量与比功率： 5.电池寿命； 6.过充电性能

§4 化学电源 化学电源性能指标 1. 电动势与开路电压； 2. 工作电压与电池内阻； 3. 电池容量与放电深度； 4. 比能量与比功率； 5. 电池寿命； 6. 过充电性能

化学电源分类 (1)一次化学电源 1 电池中的反应物质进行一次氧 化还原反应并放电之后，就不能再次利用，如干电池。 (2)二次化学电源二次电池在放电后经充电可使 电池中的活性物质恢复工作能力。铅蓄电池和可充电 电池都是二次电池。 (3)燃料电池又称为连续电池，一般以天然燃料 或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为 负极的反应物质，以氧气作为正极反应物质组成燃料 电池

（3）燃料电池 又称为连续电池，一般以天然燃料 或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为 负极的反应物质，以氧气作为正极反应物质组成燃料 电池。 化学电源分类 （2）二次化学电源 二次电池在放电后经充电可使 电池中的活性物质恢复工作能力。铅蓄电池和可充电 电池都是二次电池。 （1）一次化学电源 电池中的反应物质进行一次氧 化还原反应并放电之后，就不能再次利用，如干电池

化学电源 正极：常选用金属氧化物 负极：常选用较活泼金属 与活性物质一起构成电极的添加剂一般有：导电剂、 粘结剂、缓蚀剂等。 电解液：高导电率，化学稳定性好、不易挥发、易于 长期贮存 隔膜：较高离子传输能力，较低电子导电能力，好的 化学稳定性和一定的机械强度

化学电源 正极：常选用金属氧化物 负极：常选用较活泼金属 与活性物质一起构成电极的添加剂一般有：导电剂、 粘结剂、缓蚀剂等。 电解液：高导电率，化学稳定性好、不易挥发、易于 长期贮存 隔膜：较高离子传输能力，较低电子导电能力，好的 化学稳定性和一定的机械强度

锌锰电池： 中性锌锰电池：-)ZnNH,C1+ZnC12MnO2,C(+ 负极：Zn-2e→Zn2+ 正极：2MnO2+2H,O+2e→2 MnOOH+2OH 电池反应： Zn+2MnO,+2NH CI->2MnOOH+Zn(NH),Cl

锌锰电池： 中性锌锰电池： 4 2 2 − + + ) , ( Zn NH Cl ZnCl MnO C 负极： 2 Zn e Zn 2 + − → 正极： 2 2 2 2 2 2 2 MnO H O e MnOOH OH − + + → + 电池反应： 2 4 3 2 2 Zn MnO NH Cl MnOOH Zn NH Cl + + → + 2 2 2 ( )

中性锌锰电池：-)ZnNH,Cl+ZnCl2MinO2,C(+

中性锌锰电池： 4 2 2 − + + ) , ( Zn NH Cl ZnCl MnO C

碱性锌锰电池：-)Zn浓KOH(K2[Zn(OH)4])MiO2,C(+ 负极：Zn+4OH-2e→Zn(OH)2 正极：MmO,+H,0+e→MinOOH+2OH MnOOH+H,O+OH>Mn(OH) Mn(OH)4+e-→Mn(OH)好 电池反应： Zn+Mm02+2H,0+4OH→Mm(OH)2+[☑a(OH)]

碱性锌锰电池： 2 4 2 − + ) ( [ ( ) ]) , ( Zn KOH K Zn OH MnO C 浓 负极： 2 4 Zn OH e Zn OH 4 2 ( ) − − + − → 正极： 2 2 2 4 2 4 4 2 ( ) ( ) ( ) MnO H O e MnOOH OH MnOOH H O OH Mn OH Mn OH e Mn OH − − − − − + + → + + + → + → 电池反应：   2 2 2 2 4 4 Zn MnO H O OH Mn OH Zn OH 2 4 ( ) ( ) − − − + + + → +

由于阴极反应不全是固相反应，负极为阳极反 应是可溶性的Zn(OHD42-,故内阻小，放电后电压 恢复能力强。 碱性锌锰电池采用了高纯度、高活性的正、负 极材料，以及离子导电性强的碱作为电解质，使电 化学反应面积成倍增长。 特点：(1)开路电压为1.5V; (2)工作温度范围宽在-20℃~60℃之间， 适于高寒地区使用： (3)大电流连续放电其容量是酸性锌锰电池 的5倍左右： (4)贮存寿命长

由于阴极反应不全是固相反应，负极为阳极反 应是可溶性的Zn(OH)4 2-，故内阻小，放电后电压 恢复能力强。 碱性锌锰电池采用了高纯度、高活性的正、负 极材料，以及离子导电性强的碱作为电解质，使电 化学反应面积成倍增长。 特点:（1）开路电压为1．5V； （2）工作温度范围宽在－20℃～60℃之间， 适于高寒地区使用； （3）大电流连续放电其容量是酸性锌锰电池 的5倍左右； （4）贮存寿命长

碱性镍镉电池： -Cd KOH NiOOH(+ 负极： Cd+2OH-2e→Zn(OH)2 正极： NiOOH+H,O+e->Ni(OH),+OH 电池反应： Cd+2NiOOH+2H,O->Cd(OH),+Ni(OH), 特点：自放电小，贮存寿命长，耐过充放电能力强

碱性镍镉电池： − + ) ( Cd KOH NiOOH 负极： 2 Cd OH e Zn OH 2 2 ( ) − + − → 正极： 2 2 NiOOH H O e Ni OH OH ( ) − + + → + 电池反应： 2 2 2 Cd NiOOH H O Cd OH Ni OH + + → + 2 2 ( ) ( ) 特点：自放电小，贮存寿命长，耐过充放电能力强

镍氢电池： )MH,KOH NiOOH(+ 负极：MH.+xOH-x→M+xH2O 正极：NiOOH+HO+e→Ni(OH)2+OH 电池反应：MH.+xNiOOH→M+xWi(OH)2 特点：比能量高，环保，无记忆效应，充放电循环 寿命长，耐过充放电能力强

镍氢电池： ) ( − + MH KOH NiOOH x 负极： MH xOH xe M xH O x 2 − + − → + 正极： 2 2 NiOOH H O e Ni OH OH ( ) − + + → + 电池反应： 2 ( ) MH xNiOOH M xNi OH x + → + 特点：比能量高，环保，无记忆效应，充放电循环 寿命长，耐过充放电能力强

铅酸电池：-)PbH2S0,(p=1.20-1.31)PbO2(+ 负极：Pb+HSO4-2e→PbSO,+H 正极：PbO2+HSO4+3H++2e→PbSO,+2H,O 电池反应： Pb+PbO,+2H,SO>2PbSO+2H,O 特点：价格低廉，电压高且稳定，电池容量大

铅酸电池： 2 4 2 − = − + ) ( 1.20 1.31) ( Pb H SO PbO  负极： 4 4 Pb HSO e PbSO H 2 − + + − → + 正极： 2 4 4 2 PbO HSO H e PbSO H O 3 2 2 − + + + + → + 电池反应： 2 2 4 4 2 Pb PbO H SO PbSO H O + + → + 2 2 2 特点：价格低廉，电压高且稳定，电池容量大