1、課堂作業(yè) 描述甲醇陽極氧化的機理。 基本概念基本概念 一次電池一次電池 二次電池二次電池 燃料電池燃料電池第三章第三章 化學(xué)電源化學(xué)電源電池的發(fā)展史電池的發(fā)展史1791年的一天，意大利解剖學(xué)家伽伐尼年的一天，意大利解剖學(xué)家伽伐尼 “生物電生物電”。1799年，伏打年，伏打 “伏打堆伏打堆”1836年，英國的丹尼爾對年，英國的丹尼爾對“伏打電堆伏打電堆”進行了改良。他使用稀硫酸作電進行了改良。他使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅鋅銅電池，又稱銅電池，又稱“丹尼爾電池丹尼爾電池”。1860年，

2、法國的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處年，法國的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是，當電池使用一段使電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電是，當電池使用一段使電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回升。因為這種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為壓回升。因為這種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為“蓄電池蓄電池”。1860年，法國的雷克蘭士年，法國的雷克蘭士(GeorgeLeclanche)還發(fā)明了世界廣受使用的電還發(fā)明了世界廣受使用的電池（碳鋅電池）的前身。它的負極是鋅和汞的合金棒池（碳鋅電池）的前身。它的負極是鋅和汞的合金棒(鋅伏特原型電鋅伏特原型

3、電池的負極，經(jīng)證明是作為負極材料的最佳金屬之一池的負極，經(jīng)證明是作為負極材料的最佳金屬之一)，而它的正極是以，而它的正極是以一個多孔的杯子盛裝著碾碎的二氧化錳和碳的混合物。在此混合物中插一個多孔的杯子盛裝著碾碎的二氧化錳和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作為電流收集器。負極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯有一根碳棒作為電流收集器。負極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此系統(tǒng)被稱為化銨溶液中。此系統(tǒng)被稱為“濕電池濕電池”。雷克蘭士制造的電池雖然簡陋。雷克蘭士制造的電池雖然簡陋但卻便宜，所以一直到但卻便宜，所以一直到1880年才被改進的年才被改進的“干電池干電池”取代。負極被改進取代

4、。負極被改進成鋅罐（即電池的外殼），電解液變?yōu)楹隣疃且后w，基本上這就是現(xiàn)成鋅罐（即電池的外殼），電解液變?yōu)楹隣疃且后w，基本上這就是現(xiàn)在我們所熟知的碳鋅電池。在我們所熟知的碳鋅電池。1887年，英國人赫勒森發(fā)明了最早的干電池。干電池的電解液為糊狀，年，英國人赫勒森發(fā)明了最早的干電池。干電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。 1890年年Thomas Edison 發(fā)明可充電的鐵鎳電池。發(fā)明可充電的鐵鎳電池。1896年在美國批量生產(chǎn)干電池年在美國批量生產(chǎn)干電池1896年發(fā)明年發(fā)明D型電池。型電池。1899年年Waldmar Jung

5、ner 發(fā)明鎳鎘電池發(fā)明鎳鎘電池.1910年可充電的鐵鎳電池商業(yè)化生產(chǎn)。年可充電的鐵鎳電池商業(yè)化生產(chǎn)。1911年我國建廠生產(chǎn)干電池和鉛酸蓄電池（上海交通部電池廠）。年我國建廠生產(chǎn)干電池和鉛酸蓄電池（上海交通部電池廠）。1914年年Thomas Edison 發(fā)明堿性電池。發(fā)明堿性電池。1934年年Schlecht and Akermann 發(fā)明鎳鎘電池?zé)Y(jié)極板。發(fā)明鎳鎘電池?zé)Y(jié)極板。1947年年Neumann 開發(fā)出密封鎳鎘電池。開發(fā)出密封鎳鎘電池。1949年年Lew Urry (Energizer) 開發(fā)出小型堿性電池。開發(fā)出小型堿性電池。1954年年Gerald Pearson, Calv

6、in Fuller and Daryl Chapin 開發(fā)出太陽能開發(fā)出太陽能電池。電池。1956年年Energizer.制造第一個制造第一個9伏電池。伏電池。1956年我國建設(shè)第一個鎳鎘電池工廠（風(fēng)云器材廠（年我國建設(shè)第一個鎳鎘電池工廠（風(fēng)云器材廠（755廠）。廠）。1960前后前后Union Carbide.商業(yè)化生產(chǎn)堿性電池，我國開始研究堿性電商業(yè)化生產(chǎn)堿性電池，我國開始研究堿性電池（西安慶華廠等三池（西安慶華廠等三 家合作研發(fā)）家合作研發(fā)）。1970前后出現(xiàn)免維護鉛酸電池。前后出現(xiàn)免維護鉛酸電池。1970前后一次鋰電池實用化前后一次鋰電池實用化.1976年年P(guān)hilips Resear

7、ch的科學(xué)家發(fā)明鎳氫電池。的科學(xué)家發(fā)明鎳氫電池。1980前后開發(fā)出穩(wěn)定的用于鎳氫電池的合金。前后開發(fā)出穩(wěn)定的用于鎳氫電池的合金。1983年我國開始研究鎳氫電池（南開大學(xué)）。年我國開始研究鎳氫電池（南開大學(xué)）。1987年我國改進鎳鎘電池工藝，采用發(fā)泡鎳，電池容量提升年我國改進鎳鎘電池工藝，采用發(fā)泡鎳，電池容量提升40。1987前我國商業(yè)化生產(chǎn)一次鋰電池。前我國商業(yè)化生產(chǎn)一次鋰電池。1989年我國鎳氫電池研究列入國家計劃。年我國鎳氫電池研究列入國家計劃。1990前出現(xiàn)角型（口香糖型）電池。前出現(xiàn)角型（口香糖型）電池。1990前后鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)。前后鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)。1991年年Sony.可充

8、電鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)。可充電鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)。1992年年Karl Kordesch, Josef Gsellmann and Klaus Tomantschger 取得取得堿性充電電池專利。堿性充電電池專利。 1992年年Battery Technologies, Inc.生產(chǎn)堿性充電電池。生產(chǎn)堿性充電電池。1995年我國鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)初具規(guī)模。年我國鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn)初具規(guī)模。1999年可充電鋰聚合物電池商業(yè)化生產(chǎn)。年可充電鋰聚合物電池商業(yè)化生產(chǎn)。2000年我國鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)。年我國鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)。2000后燃料電池，太陽能電池成為全世界矚目的新能源發(fā)展問題的焦后燃料

9、電池，太陽能電池成為全世界矚目的新能源發(fā)展問題的焦點點化學(xué)化學(xué)按照使用性質(zhì)按照使用性質(zhì)（1 1）一次電池）一次電池 （2 2）二次電池）二次電池 （3 3）儲備電池）儲備電池 （4 4）燃料電池）燃料電池 按照電解質(zhì)性質(zhì)按照電解質(zhì)性質(zhì)（1 1）堿性電池）堿性電池（2 2）中性電池）中性電池（3 3）酸性電池）酸性電池一次電池一次電池一次電池也稱干電池，即電池中的反應(yīng)物質(zhì)一次電池也稱干電池，即電池中的反應(yīng)物質(zhì)在進行一次電化學(xué)反應(yīng)放電之后就不能再次在進行一次電化學(xué)反應(yīng)放電之后就不能再次使用了。常用的有鋅錳干電池、鋅汞電池、使用了。常用的有鋅錳干電池、鋅汞電池、鎂錳干電池等。鎂錳干電池等。 一次電池

10、的主要優(yōu)點：方便、簡單、容易使一次電池的主要優(yōu)點：方便、簡單、容易使用，維修工作量極少。大小和形狀可根據(jù)用用，維修工作量極少。大小和形狀可根據(jù)用途來設(shè)計。貯存壽命長，適當?shù)谋饶芰亢捅韧緛碓O(shè)計。貯存壽命長，適當?shù)谋饶芰亢捅裙β剩煽浚杀镜汀９β剩煽浚杀镜汀Ｒ弧\錳電池一、鋅錳電池 鋅鋅-二氧化錳干電池（二氧化錳干電池（zinc-manganese dry battery）簡稱鋅錳電池，是采用二氧化錳作正極活性物質(zhì)，簡稱鋅錳電池，是采用二氧化錳作正極活性物質(zhì)，鋅作負極活性物質(zhì)的原電池。鋅作負極活性物質(zhì)的原電池。 電池采用氯化銨和氯化鋅或氫氧化鉀的水溶液作電池采用氯化銨和氯化鋅或氫氧化鉀的水溶

11、液作電解質(zhì)，面淀粉、漿層紙或?qū)Ｓ媚ぜ堊鞲綦x層，電解質(zhì)，面淀粉、漿層紙或?qū)Ｓ媚ぜ堊鞲綦x層，電解質(zhì)溶液通常制成凝膠狀或被吸收在隔離層等電解質(zhì)溶液通常制成凝膠狀或被吸收在隔離層等載體上，呈不流動狀態(tài)，所以又稱干電池。載體上，呈不流動狀態(tài)，所以又稱干電池。 鋅錳電池的標稱電壓為鋅錳電池的標稱電壓為1.5伏。按使用電解質(zhì)溶液伏。按使用電解質(zhì)溶液的不同分為的不同分為氯化銨型、氯化鋅型和堿性氯化銨型、氯化鋅型和堿性3種種。氯化。氯化銨和氯化鋅型鋅錳電池又稱中性鋅錳電池（或碳銨和氯化鋅型鋅錳電池又稱中性鋅錳電池（或碳性電池、碳鋅電池）。性電池、碳鋅電池）。1.中性鋅錳電池中性鋅錳電池中央的頂蓋上有銅帽的炭中央

12、的頂蓋上有銅帽的炭棒是正極板，其周圍有碳棒是正極板，其周圍有碳與與MnO2混合物混合物 , 鋅皮是鋅皮是負極。兩極間有負極。兩極間有 NH4Cl , ZnCl2 和淀粉，呈糊狀，和淀粉，呈糊狀，作為電解質(zhì)。作為電解質(zhì)。 中性鋅錳電池按隔離層的區(qū)別可分為糊式電池和紙板電池；按中性鋅錳電池按隔離層的區(qū)別可分為糊式電池和紙板電池；按電池容量的高低可分為普通品（電池容量的高低可分為普通品（S）、高容量（）、高容量（C）和高功率（）和高功率（P）3個等級，但近期在個等級，但近期在IEC電池標準中已取消電池標準中已取消C型，中性鋅錳電池?zé)o電型，中性鋅錳電池?zé)o電化學(xué)體系代號。化學(xué)體系代號。鹽類電解質(zhì)：鹽類電

13、解質(zhì)： ZnCl2+ NH4Cl(糊糊)電池符號：（）電池符號：（）Zn ZnCl2+ NH4Cl(糊糊) MnO2，C（）（）電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：（）（）Zn(s) Zn2+ + 2e （）（）2MnO2(s) + 2H2O+2e MnOOH+2OH-該電池放電電壓較穩(wěn)，但自放電現(xiàn)象較明顯。為防止鋅在電該電池放電電壓較穩(wěn)，但自放電現(xiàn)象較明顯。為防止鋅在電解液中的腐蝕，必須在電池隔離層中加入緩蝕劑。最常用的解液中的腐蝕，必須在電池隔離層中加入緩蝕劑。最常用的緩蝕劑是氯化汞，通常加在糊式電池的漿糊中或紙板電池的緩蝕劑是氯化汞，通常加在糊式電池的漿糊中或紙板電池的漿層紙中，這也使汞成為電池中污染環(huán)

14、境的主要有害元素。漿層紙中，這也使汞成為電池中污染環(huán)境的主要有害元素。 2.2.堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池在外形代號前加上電化學(xué)體系代號堿性鋅錳電池在外形代號前加上電化學(xué)體系代號“L”表示。表示。堿性電解質(zhì)：濃堿性電解質(zhì)：濃KOH電池符號：（）電池符號：（）Zn 濃濃KOH MnO2，C（）（）電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：（）（）Zn(s)+2OH- Zn(OH)2+ 2e Zn(OH)2+2OH- Zn(OH)42-（）（）MnO2(s) + H2O+e MnOOH+OH- MnOOH + H2O+e Mn(OH)2+OH-堿性鋅錳電池性能特征堿性鋅錳電池性能特征 堿錳電池的標稱電壓為堿錳

15、電池的標稱電壓為1.5V,最高電壓為最高電壓為1.65V,其放電性其放電性能與普通鋅錳電池相比有下列特點：能與普通鋅錳電池相比有下列特點：內(nèi)阻小，能在重負荷下連續(xù)工作的同時維持較高的穩(wěn)定電內(nèi)阻小，能在重負荷下連續(xù)工作的同時維持較高的穩(wěn)定電壓；壓；MnO2利用率高，同體積相比較，其電荷量比紙板電池大利用率高，同體積相比較，其電荷量比紙板電池大一倍左右；一倍左右；儲存期內(nèi)自放電率小，一般儲存儲存期內(nèi)自放電率小，一般儲存3年仍能保持原有電荷量年仍能保持原有電荷量的的85,壽命較長；壽命較長；低溫性能好，在低溫性能好，在-20能輸出常溫電荷量的能輸出常溫電荷量的25,輕負荷下輕負荷下還能在更低的溫度下

16、工作；還能在更低的溫度下工作；在特定的設(shè)計和嚴格控制的使用條件下，可作為廉價的蓄在特定的設(shè)計和嚴格控制的使用條件下，可作為廉價的蓄電池多次充電反復(fù)使用。電池多次充電反復(fù)使用。MnO2摻雜鈦或其他一些金屬氧摻雜鈦或其他一些金屬氧化物，可提高化物，可提高MnO2的充電性能。的充電性能。 二、高鐵電池二、高鐵電池 K2FeO4鋅鋅 （KOH為電解質(zhì)為電解質(zhì)） 高鐵電池是正在研制中的高鐵電池是正在研制中的可充電電池可充電電池,其負極材料是其負極材料是Zn,氧化產(chǎn)物是氧化產(chǎn)物是Zn(OH)2,正正極材料是極材料是K2FeO4（易溶鹽（易溶鹽),還原產(chǎn)物是還原產(chǎn)物是Fe(OH)3，電解，電解質(zhì)溶液是質(zhì)溶液

17、是KOH水溶液水溶液. .電池反應(yīng)電池反應(yīng):2FeO:2FeO4 42-2-+ 3Zn+8H+ 3Zn+8H2 2O 2Fe(OH)O 2Fe(OH)3 3+3Zn(OH)+3Zn(OH)2 2 +4OH+4OH- - 優(yōu)點：電勢高、無污染、放電平穩(wěn)等優(yōu)點：電勢高、無污染、放電平穩(wěn)等 三、鋅三、鋅- -氧化銀電池氧化銀電池電池符號（）電池符號（） ZnKOHAgO2(AgO)，C（）（）（）極（）極Zn+2OH-2enZn(OH)2或或ZnO+H2O（）極（）極2AgO+H2O+2eAg2O Ag2OH2O2e2Ag2OH總反應(yīng)總反應(yīng) Zn2AgOZnO+Ag2O Zn+Ag2OZnO+2Ag

18、 在一定條件下可以開發(fā)為二次電池在一定條件下可以開發(fā)為二次電池優(yōu)點：體積比能量高，高速度放電，放電平穩(wěn)充電效率高優(yōu)點：體積比能量高，高速度放電，放電平穩(wěn)充電效率高缺點缺點: 高低溫性能不好高低溫性能不好 電池壽命短價格貴電池壽命短價格貴四、鋅四、鋅- -氧化汞電池氧化汞電池 以鋅為負極，氧化汞為正極，氫氧化鉀溶液為電解液的原電池。以鋅為負極，氧化汞為正極，氫氧化鉀溶液為電解液的原電池。簡稱汞電池。簡稱汞電池。 第二次世界大戰(zhàn)初，在美國由第二次世界大戰(zhàn)初，在美國由S.魯賓開發(fā)成功鋅汞干電池，并魯賓開發(fā)成功鋅汞干電池，并由麥洛萊公司大量生產(chǎn)，作為主要的軍用通信電源（用于步話由麥洛萊公司大量生產(chǎn)，作

19、為主要的軍用通信電源（用于步話機）。由于這種電池有很高的電荷體積密度和穩(wěn)定的電壓，很機）。由于這種電池有很高的電荷體積密度和穩(wěn)定的電壓，很快在民用電子器具上得到廣泛應(yīng)用，形成了多種形狀和尺寸系快在民用電子器具上得到廣泛應(yīng)用，形成了多種形狀和尺寸系列的電池。列的電池。 結(jié)構(gòu)：市場上銷售的鋅汞電池多為紐扣形，其構(gòu)成基本上與結(jié)構(gòu)：市場上銷售的鋅汞電池多為紐扣形，其構(gòu)成基本上與鋅銀扣式電池相同，只是以鋅銀扣式電池相同，只是以HgO代替代替Ag2O作為正極材料，正極作為正極材料，正極中還加入中還加入515石墨以降低內(nèi)阻。為了提高電池電壓，在有的石墨以降低內(nèi)阻。為了提高電池電壓，在有的產(chǎn)品中還摻加一些二氧

20、化錳。做為鋅電極（負極），現(xiàn)在已多產(chǎn)品中還摻加一些二氧化錳。做為鋅電極（負極），現(xiàn)在已多數(shù)采用汞齊鋅粉拌以凝膠材料以代替早期所用的帶狀鋅箔。數(shù)采用汞齊鋅粉拌以凝膠材料以代替早期所用的帶狀鋅箔。 原理原理 鋅汞電池的電化學(xué)反應(yīng)如下：鋅汞電池的電化學(xué)反應(yīng)如下：正極：正極：HgO+H2O+2eHg+2OH-負極：負極：Zn+2OH-ZnO+H2O+2e 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式： Zn+HgOZnO+Hg 優(yōu)點：電動勢和電壓穩(wěn)定；比能量高，自放電小；活優(yōu)點：電動勢和電壓穩(wěn)定；比能量高，自放電小；活性物質(zhì)利用率高；可在較高溫度下工作，密封性好。性物質(zhì)利用率高；可在較高溫度下工作，密封性好。缺點：正極材料較昂

21、貴，且有污染的危險，低溫下的缺點：正極材料較昂貴，且有污染的危險，低溫下的工作性能差。工作性能差。五、鋰一次電池五、鋰一次電池 鋰一次電池是鋰一次電池是(primary lithium battery)一一類以使用金屬鋰為負極材料的化學(xué)電源系列類以使用金屬鋰為負極材料的化學(xué)電源系列的總稱。的總稱。 鋰一次電池：一種高能化學(xué)原電池。以金鋰一次電池：一種高能化學(xué)原電池。以金屬鋰為負極活性物質(zhì)，金屬氧化物或其它氧屬鋰為負極活性物質(zhì)，金屬氧化物或其它氧化劑作正極活性物質(zhì)，固體鹽類或溶解于有化劑作正極活性物質(zhì)，固體鹽類或溶解于有機溶劑的鹽類作電解質(zhì)的原電池，有些溶劑機溶劑的鹽類作電解質(zhì)的原電池，有些溶劑

22、如亞硫酰氯等還兼作正極活性物質(zhì)。如亞硫酰氯等還兼作正極活性物質(zhì)。1 1、鋰一次電池組成、鋰一次電池組成 鋰電池的主要材料一般用金屬鋰或鋰合金為負極材料。鋰電池的主要材料一般用金屬鋰或鋰合金為負極材料。 非水電解質(zhì)，它們通常由有機溶劑和無機鹽組成，以不與鋰和電池其非水電解質(zhì)，它們通常由有機溶劑和無機鹽組成，以不與鋰和電池其他材料發(fā)生持續(xù)的化學(xué)反應(yīng)為原則。他材料發(fā)生持續(xù)的化學(xué)反應(yīng)為原則。 鋰電池的正極活性物質(zhì)常用的有：鋰電池的正極活性物質(zhì)常用的有：固態(tài)鹵化物固態(tài)鹵化物如氟化銅（如氟化銅（CuF2）、氯）、氯化銅（化銅（CuCl2），），固態(tài)硫化物固態(tài)硫化物如硫化銅如硫化銅(CuS)、硫化鐵、硫化鐵

23、(FeS),固態(tài)氧化物固態(tài)氧化物如二如二氧化錳（氧化錳（MnO2）、氧化銅）、氧化銅(CuO)、三氧化鉬、三氧化鉬(MoO3) ，固態(tài)含氧酸鹽固態(tài)含氧酸鹽如鉻如鉻酸銀（酸銀（Ag2CrO4）、鉍酸鉛（）、鉍酸鉛（Pb2Bi2O5），），固態(tài)鹵素固態(tài)鹵素如碘（如碘（I2），），液態(tài)氧化液態(tài)氧化物物如二氧化硫（如二氧化硫（SO2），），液態(tài)鹵氧化物液態(tài)鹵氧化物如亞硫酰氯（如亞硫酰氯（SOCl2）。因此）。因此,鋰一次鋰一次電池有很多系列，常見的有鋰電池有很多系列，常見的有鋰-二氧化錳、鋰二氧化錳、鋰-硫化銅、鋰硫化銅、鋰-氟化碳、鋰氟化碳、鋰-二氧二氧化硫和鋰化硫和鋰-亞硫酰氯等。亞硫酰氯等。2

24、2、鋰一次電池分類及應(yīng)用范圍、鋰一次電池分類及應(yīng)用范圍 所選電解質(zhì)的性質(zhì)來分類，可分為以下四類：所選電解質(zhì)的性質(zhì)來分類，可分為以下四類：鋰有機電鋰有機電解質(zhì)電池、鋰無機電解質(zhì)電池、鋰固體電解質(zhì)電池、鋰熔鹽解質(zhì)電池、鋰無機電解質(zhì)電池、鋰固體電解質(zhì)電池、鋰熔鹽電池。電池。 鋰電池的型號和種類繁多，它們各自有其特點和應(yīng)用范鋰電池的型號和種類繁多，它們各自有其特點和應(yīng)用范圍，不能互相取代，如鋰碘圍，不能互相取代，如鋰碘Li/I2電池主要應(yīng)用于心臟起搏器電池主要應(yīng)用于心臟起搏器的電源，鋰二氧化錳的電源，鋰二氧化錳Li/MnO2電池主要應(yīng)用于照相機以及電電池主要應(yīng)用于照相機以及電子儀器設(shè)備的記憶電源，鋰二

25、氧化硫子儀器設(shè)備的記憶電源，鋰二氧化硫Li/SO2電池或鋰亞硫酰電池或鋰亞硫酰氯氯Li/SOCl2電池主要應(yīng)用于需要較大功率的無繩電動工具的電池主要應(yīng)用于需要較大功率的無繩電動工具的電源，鋰氧化銅電源，鋰氧化銅Li/CuO電池、鋰二硫化鐵電池、鋰二硫化鐵Li/FeS2電池可與電池可與常規(guī)電池互換使用，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。常規(guī)電池互換使用，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。3 3、鋰一次電池的結(jié)構(gòu)、鋰一次電池的結(jié)構(gòu) 鋰一次電池的標稱電壓有鋰一次電池的標稱電壓有1.5V級和級和3.0V級兩種。級兩種。 鋰電池的結(jié)構(gòu)形式常見的有圓柱碳包式、方型疊片式、鋰電池的結(jié)構(gòu)形式常見的有圓柱碳包式、方型疊片式、圓柱疊片式、圓柱卷

26、繞式、方型卷繞式等。圓柱疊片式、圓柱卷繞式、方型卷繞式等。二次電池二次電池二次電池又稱二次電池又稱充電電池充電電池 ，可逆，可循環(huán)。，可逆，可循環(huán)。一、評價二次電池性能的指標一、評價二次電池性能的指標電池的容量、放電倍率、比能量、比功率、壽命電池的容量、放電倍率、比能量、比功率、壽命容量效率：容量效率：在一定條件下一個蓄電池放電時輸出的電量和電在一定條件下一個蓄電池放電時輸出的電量和電池充電至原始狀態(tài)時所需電量的比。如果容量效率接近池充電至原始狀態(tài)時所需電量的比。如果容量效率接近1 1，表示電池充放電期間能量損失很小。表示電池充放電期間能量損失很小。伏特效率：伏特效率：蓄電池放電和充電過程的工

27、作電壓之比，它反映蓄電池放電和充電過程的工作電壓之比，它反映了放電和充電過程極化的大小，伏特效率接近了放電和充電過程極化的大小，伏特效率接近1 1，表示電池，表示電池的可逆性好。的可逆性好。能量效率：能量效率：容量效率和伏特效率的乘積，是評價電池能量容量效率和伏特效率的乘積，是評價電池能量損失和極化行為的綜合指標。損失和極化行為的綜合指標。充放電行為：充放電行為：評價二次電池優(yōu)劣的重要指標之一，對于實評價二次電池優(yōu)劣的重要指標之一，對于實用電池，希望充放電曲線（特別是放電曲線）平坦，初始用電池，希望充放電曲線（特別是放電曲線）平坦，初始電壓和截止電壓的差值小。電壓和截止電壓的差值小。1. 1.

28、最早使用的充電電池是最早使用的充電電池是 ，它的，它的負極負極是是PbPb，正極正極是是PbOPbO2 2，電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液是是H H2 2SOSO4 4。（汽車電瓶）。（汽車電瓶）鉛蓄電池鉛蓄電池2.2.新型封閉式新型封閉式鎳鎘電池鎳鎘電池，體積小，便于攜帶；，體積小，便于攜帶；CdCd是是負極負極，NiONiO（OHOH）是）是正極正極，KOHKOH作作電解質(zhì)電解質(zhì)；鎘有致癌作用，有被鎘有致癌作用，有被鎳氫電池鎳氫電池取代的趨勢。取代的趨勢。3. 3. 是新一代可充電的綠色電池，質(zhì)量輕、是新一代可充電的綠色電池，質(zhì)量輕、 高能量、無污染。高能量、無污染。鋰離子電池鋰離子電池二、常見的二

29、次電池二、常見的二次電池（-）Pb（s) H2SO4(相對密度相對密度1.20-1.31）PbO2(s)（+）鉛蓄電池的特點：鉛蓄電池的特點：鉛蓄電池的優(yōu)點是放電時鉛蓄電池的優(yōu)點是放電時電動勢較穩(wěn)定，工作電壓平穩(wěn)、電動勢較穩(wěn)定，工作電壓平穩(wěn)、使用溫度及使用電流范圍寬、使用溫度及使用電流范圍寬、能充放電數(shù)百個循環(huán)、貯存性能充放電數(shù)百個循環(huán)、貯存性能好（尤其適于干式荷電貯能好（尤其適于干式荷電貯存）、造價較低，因而應(yīng)用廣存）、造價較低，因而應(yīng)用廣泛。泛。 缺點是比能量（單位重量缺點是比能量（單位重量所蓄電能）小，對環(huán)境腐蝕性所蓄電能）小，對環(huán)境腐蝕性強、污染嚴重。強、污染嚴重。三、鉛蓄電池三、鉛蓄

30、電池充電后的正極板是棕褐色的二氧化鉛，負極板是灰色的絨狀鉛。充電后的正極板是棕褐色的二氧化鉛，負極板是灰色的絨狀鉛。 鉛蓄電池的工作原理：鉛蓄電池的工作原理： 當兩極板放置在硫酸水溶液中時，極板的鉛和硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當兩極板放置在硫酸水溶液中時，極板的鉛和硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，Pb2+轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到電解液中，在負極板上留下兩個電子。由于正負電荷的引力，鉛正離子移到電解液中，在負極板上留下兩個電子。由于正負電荷的引力，鉛正離子聚集在負極板的周圍。聚集在負極板的周圍。而正極板在電解液中水分子作用下有少量的二氧化鉛（而正極板在電解液中水分子作用下有少量的二氧化鉛（PbO2）滲入電解液，）滲入電解液，其中兩價

31、的氧離子和水化合，使二氧化鉛分子變成可離解的一種不穩(wěn)定的物其中兩價的氧離子和水化合，使二氧化鉛分子變成可離解的一種不穩(wěn)定的物質(zhì)質(zhì)-氫氧化鉛。氫氧化鉛由氫氧化鉛。氫氧化鉛由Pb4+和和4個氫氧根組成。個氫氧根組成。Pb4+留在正極板上，使正留在正極板上，使正極板帶正電。極板帶正電。兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。當接通外電路，電流即由正極流向負極。在放電過程中，負極板上的電當接通外電路，電流即由正極流向負極。在放電過程中，負極板上的電子不斷經(jīng)外電路流向正極板，這時在電解液內(nèi)部因硫酸分子電離成子不斷經(jīng)外電路流向正極板，這時在電解液

32、內(nèi)部因硫酸分子電離成H+與與SO42-，在離子電場力作用下，兩種離子分別向正負極移動，在離子電場力作用下，兩種離子分別向正負極移動， SO42-到達負極板后到達負極板后與與Pb2+結(jié)合成結(jié)合成PbSO4。在正極板上，由于電子自外電路流入，而與。在正極板上，由于電子自外電路流入，而與Pb4+化合化合成成Pb2+，并立即與正極板附近的硫酸根負離子結(jié)合成硫酸鉛附著在正極上。，并立即與正極板附近的硫酸根負離子結(jié)合成硫酸鉛附著在正極上。 負極：Pb+SO42- PbSO4+2e正極：PbO2+SO42-+4H+2e PbSO4+ 2H2O 電池總反應(yīng)：Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ 2PbSO

33、4+2H2O陰極： PbSO4 +2e Pb+SO42- 陽極： PbSO4+ 2H2O PbO2+SO42-+4H+2e 電池總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ 鉛蓄電池的放電過程：鉛蓄電池的放電過程：鉛蓄電池的充電過程：鉛蓄電池的充電過程：9.5 化學(xué)電源四、鎳鎘電池四、鎳鎘電池鎳鎘蓄電池的正極材料為鎳鎘蓄電池的正極材料為氫氫氧化亞鎳氧化亞鎳和石墨粉的混合物，和石墨粉的混合物，負極材料為海綿狀負極材料為海綿狀鎘粉鎘粉和氧和氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。化鈉或氫氧化鉀溶液。（-）Cd KOH NiOOH（+）放電過

34、程放電過程負極：負極：Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2e正極：正極：NiOOH + H2O + e Ni(OH)2 + OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)： Cd + 2NiOOH +2H2O Cd(OH)2+ 2Ni(OH)2 充電過程充電過程正極：正極： Ni(OH)2 + OH- NiOOH + H2O +e 負極：負極： Cd(OH)2 + 2e Cd + 2OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)：2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 2NiOOH+ Cd+ 2H2O 氫氧化鈉或氫氧化鉀并不直接參與反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用氫氧化鈉或氫氧化鉀并不直接參與反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用 （-）Cd KOH 或或NaOHNiO

35、OH（+） 鎳鎘電池是最早應(yīng)用于手機、筆記本電腦等的電池種類。鎳鎘電池是最早應(yīng)用于手機、筆記本電腦等的電池種類。 它具有良好的大電流放電特性、耐過充放電能力強、維它具有良好的大電流放電特性、耐過充放電能力強、維護簡單。在使用上適合大電流放電，適用溫度范圍廣護簡單。在使用上適合大電流放電，適用溫度范圍廣,零下零下40度到零上度到零上60度。度。 鎳鎘電池最致命的缺點是，在充放電過程中如果處理不鎳鎘電池最致命的缺點是，在充放電過程中如果處理不當，會出現(xiàn)嚴重的當，會出現(xiàn)嚴重的“記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)”。所謂。所謂“記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)”就是電池在就是電池在充電前，電池的電量沒有被完全放盡，久而久之將會引起電充

36、電前，電池的電量沒有被完全放盡，久而久之將會引起電池容量的降低，在電池充放電的過程中，會在電池極板上產(chǎn)池容量的降低，在電池充放電的過程中，會在電池極板上產(chǎn)生些許的小氣泡，日積月累這些氣泡減少了電池極板的面積生些許的小氣泡，日積月累這些氣泡減少了電池極板的面積也間接影響了電池的容量。此外，鎘是有毒的，因而鎳鎘電也間接影響了電池的容量。此外，鎘是有毒的，因而鎳鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境的保護。眾多的缺點使得鎳鎘電池已基本池不利于生態(tài)環(huán)境的保護。眾多的缺點使得鎳鎘電池已基本被淘汰出數(shù)碼設(shè)備電池的應(yīng)用范圍。被淘汰出數(shù)碼設(shè)備電池的應(yīng)用范圍。鎳鎘電池的特點鎳鎘電池的特點 早在早在20世紀六十年代末，人們就發(fā)現(xiàn)了

37、一種新型功能材世紀六十年代末，人們就發(fā)現(xiàn)了一種新型功能材料料儲氫合金儲氫合金，儲氫合金在一定的溫度和壓力條件下可吸放大，儲氫合金在一定的溫度和壓力條件下可吸放大量的氫，因此被人們形象地稱為量的氫，因此被人們形象地稱為“吸氫海綿吸氫海綿”。 其中有些儲其中有些儲氫氫合金可以在強堿性電解質(zhì)溶液中，反復(fù)沖放電并長期穩(wěn)定存合金可以在強堿性電解質(zhì)溶液中，反復(fù)沖放電并長期穩(wěn)定存在，從而為我們提供了一種新型負極材料，并在此基礎(chǔ)上發(fā)在，從而為我們提供了一種新型負極材料，并在此基礎(chǔ)上發(fā)明了明了鎳氫電池問題：是否存在一種新的電池，既擁有鎳鎘電池的優(yōu)點，又能克服其缺點？問題：是否存在一種新的電池，既擁有鎳鎘電池的優(yōu)

38、點，又能克服其缺點？ 鎳氫電池的外形規(guī)格指標和鎳鎘電池大體一致。在性能鎳氫電池的外形規(guī)格指標和鎳鎘電池大體一致。在性能指標上比較來看也有不少一樣的地方，但是鎳氫電池有自指標上比較來看也有不少一樣的地方，但是鎳氫電池有自己一些獨特的優(yōu)勢，最主要的體現(xiàn)是鎳氫電池的己一些獨特的優(yōu)勢，最主要的體現(xiàn)是鎳氫電池的比能量密比能量密度高度高（就是同等體積的電池，鎳氫電池比鎳鎘電池容量更（就是同等體積的電池，鎳氫電池比鎳鎘電池容量更大），理論上，鎳氫電池是鎳鎘電池能量密度的大），理論上，鎳氫電池是鎳鎘電池能量密度的1.5-21.5-2倍多；倍多；還有鎳氫電池環(huán)保性好，鎳氫電池不使用金屬還有鎳氫電池環(huán)保性好，鎳氫

39、電池不使用金屬“鎘鎘”，也，也不采用有毒物質(zhì)，不采用有毒物質(zhì)，不會污染環(huán)境；不會污染環(huán)境；還有還有鎳氫電池基本上消鎳氫電池基本上消除了除了“記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)”。 鎳氫電池發(fā)展非常迅猛，尤其是近幾年來電子工業(yè)的鎳氫電池發(fā)展非常迅猛，尤其是近幾年來電子工業(yè)的飛速發(fā)展，移動電話，便攜式計算機等通信工具的巨增，飛速發(fā)展，移動電話，便攜式計算機等通信工具的巨增，迫切需要高容量、小體積的可充電池與之配套，極大地刺迫切需要高容量、小體積的可充電池與之配套，極大地刺激了鎳氫電池的發(fā)展。而環(huán)境的保護的呼聲越來越高，容激了鎳氫電池的發(fā)展。而環(huán)境的保護的呼聲越來越高，容量高污染小的鎳氫電池?zé)o疑是人們期待的理想替代電

40、源，量高污染小的鎳氫電池?zé)o疑是人們期待的理想替代電源，因此鎳氫電池已成為近幾年來蓄電池領(lǐng)域的研究熱點。因此鎳氫電池已成為近幾年來蓄電池領(lǐng)域的研究熱點。五、鎳氫電池鎳氫電池由鎳氫電池由氫氧化鎳氫氧化鎳正極，正極，儲氫合儲氫合金金負極，氫氧化鉀溶液做電解液負極，氫氧化鉀溶液做電解液（-）MHx KOH NiOOH（+）放電過程放電過程正極：正極：NiOOH + H2O + e Ni(OH)2 + OH-負極：負極：MHx + xOH- M + xH2O + xe總反應(yīng)：總反應(yīng)： MHx + x NiOOH x Ni(OH)2 + M充電過程充電過程正極：正極：Ni(OH)2 + OH- NiOOH

41、 + H2O +e 負極：負極： M + xH2O + xe MHx + xOH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)：x Ni(OH)2 + M MHx + x NiOOH 充電時氫由正極到負極，放電時，氫由負極到正極，電解充電時氫由正極到負極，放電時，氫由負極到正極，電解液沒有增減現(xiàn)象。液沒有增減現(xiàn)象。儲氫合金材料儲氫合金材料AB5: LiNi5, MnNi5, CaNi5AB2: ZrMn2, TiCr2, ZrV2, ZrMn2AB: TiFe,TiCo, TiNi A2B: Mg2Ni, Mg2Cu 儲氫合金應(yīng)具備的特點：儲氫合金應(yīng)具備的特點：（1 1）高的儲氫容量）高的儲氫容量（2 2）在堿液中穩(wěn)定，

42、耐氧化性好，具有良好的循）在堿液中穩(wěn)定，耐氧化性好，具有良好的循環(huán)壽命環(huán)壽命（3 3）資源豐富，價格低廉，且對環(huán)境無害。）資源豐富，價格低廉，且對環(huán)境無害。長期不用的電池保存和恢復(fù)方法長期不用的電池保存和恢復(fù)方法 鎳鎘電池和鎳氫電池特性不同，保存方法不同。鎳鎘電池和鎳氫電池特性不同，保存方法不同。鎳鎘電池應(yīng)將電用完保存，所以一般新鎳鎘電池是基鎳鎘電池應(yīng)將電用完保存，所以一般新鎳鎘電池是基本沒有電的，需要自己來充。采用正確的充電方法，本沒有電的，需要自己來充。采用正確的充電方法，大概需要充放大概需要充放3 35 5次才能將電池恢復(fù)到最佳狀態(tài)。次才能將電池恢復(fù)到最佳狀態(tài)。鎳氫電池要長期保存前，應(yīng)該

43、充電到鎳氫電池要長期保存前，應(yīng)該充電到8080左右保存。左右保存。因此新的鎳氫電池有一些電，因為廠家已經(jīng)預(yù)充電，因此新的鎳氫電池有一些電，因為廠家已經(jīng)預(yù)充電，防止運輸周轉(zhuǎn)時間太長，而電池沒電受到影響。長期防止運輸周轉(zhuǎn)時間太長，而電池沒電受到影響。長期保存的鎳氫電池用的時候，先將余電用完，再用正確保存的鎳氫電池用的時候，先將余電用完，再用正確方法充放方法充放2 23 3次就可以恢復(fù)到最佳狀態(tài)次就可以恢復(fù)到最佳狀態(tài)。六、鋰離子電池六、鋰離子電池v鋰是鋰離子電池的核心，它是最輕的金屬元素，金屬鋰的鋰是鋰離子電池的核心，它是最輕的金屬元素，金屬鋰的比重只有水的一半，鋁是較輕的金屬，鋰的比重只有鋁的五比

44、重只有水的一半，鋁是較輕的金屬，鋰的比重只有鋁的五分之一。分之一。v鋰的電負性是所有金屬中最負的，鋰離子的還原電位高達鋰的電負性是所有金屬中最負的，鋰離子的還原電位高達- -3V3V。根據(jù)計算，。根據(jù)計算，1 1克鋰轉(zhuǎn)化為鋰離子時所能得到的能量為克鋰轉(zhuǎn)化為鋰離子時所能得到的能量為3860mAh3860mAh，加之它的大于，加之它的大于3V3V的工作電壓，鋰作為電池的負極的工作電壓，鋰作為電池的負極材料當之無愧輕量級的大力士。材料當之無愧輕量級的大力士。v鋰二次電池是本世紀鋰二次電池是本世紀9090年代新發(fā)展起來的綠色能源。也是年代新發(fā)展起來的綠色能源。也是我國能源領(lǐng)域重點支持的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，以

45、其高可逆容量、我國能源領(lǐng)域重點支持的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，以其高可逆容量、高電壓、高循環(huán)性能和高能量密度等優(yōu)異性能而備受世人青高電壓、高循環(huán)性能和高能量密度等優(yōu)異性能而備受世人青睞，被稱為睞，被稱為2020世紀的主導(dǎo)電源。世紀的主導(dǎo)電源。 鋰離子電池的起源鋰離子電池的起源 早期負極為金屬鋰的早期負極為金屬鋰的“鋰電池鋰電池”，但金屬鋰的化學(xué)活性太，但金屬鋰的化學(xué)活性太大，充電時產(chǎn)生的枝晶會使電池短路，目前尚未真正解決其大，充電時產(chǎn)生的枝晶會使電池短路，目前尚未真正解決其安全問題。經(jīng)過長期的探索、研究，發(fā)現(xiàn)鋰可與許多金屬形安全問題。經(jīng)過長期的探索、研究，發(fā)現(xiàn)鋰可與許多金屬形成合金，其活性要小許多，更奇妙

46、的是鋰可以在許多層狀結(jié)成合金，其活性要小許多，更奇妙的是鋰可以在許多層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)中可逆地嵌入和脫出。鋰以這些材料為載體就安全構(gòu)的物質(zhì)中可逆地嵌入和脫出。鋰以這些材料為載體就安全多了。嵌鋰化合物的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用奠定了鋰離子電池的技術(shù)基多了。嵌鋰化合物的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用奠定了鋰離子電池的技術(shù)基礎(chǔ)。礎(chǔ)。鋰離子電池的現(xiàn)狀鋰離子電池的現(xiàn)狀 由正極、負極、電解質(zhì)、隔膜組成。由正極、負極、電解質(zhì)、隔膜組成。正極：含鋰的金屬氧化物正極：含鋰的金屬氧化物負極：人造石墨或天然石墨負極：人造石墨或天然石墨電解質(zhì)：電解質(zhì)：LiPF6(氟磷酸鋰）氟磷酸鋰）+EC(碳酸乙烯酯）碳酸乙烯酯） +DMC(碳酸二甲酯碳酸二甲酯)充電時

47、鋰離子從正極層狀物的充電時鋰離子從正極層狀物的晶格間脫出，通過電解液遷移晶格間脫出，通過電解液遷移到層狀負極表面后嵌入到石墨到層狀負極表面后嵌入到石墨材料晶格中，同時剩余電子從材料晶格中，同時剩余電子從外電路到達負極。放電則相反，外電路到達負極。放電則相反，鋰離子從石墨晶格中脫出回到鋰離子從石墨晶格中脫出回到正極氧化物晶格中。正極氧化物晶格中。在充放電時鋰離子在電池正負極中往返的嵌在充放電時鋰離子在電池正負極中往返的嵌入入 脫出，正像搖椅子一樣在正負極中脫出，正像搖椅子一樣在正負極中搖來搖去，故有人將鋰離子電池形象的稱搖來搖去，故有人將鋰離子電池形象的稱為為“搖椅電池搖椅電池”。由于由于Lix

48、CLixC非常活潑，可以和水發(fā)生反應(yīng)。故非常活潑，可以和水發(fā)生反應(yīng)。故電解質(zhì)選用可溶于有機溶劑的鋰鹽，但這電解質(zhì)選用可溶于有機溶劑的鋰鹽，但這也留下一個缺點：內(nèi)阻相對于鎳鎘、鎳氫也留下一個缺點：內(nèi)阻相對于鎳鎘、鎳氫電池要大的多。電池要大的多。 鋰離子電池的發(fā)展鋰離子電池的發(fā)展 發(fā)展新的正負極材料，發(fā)展新的正負極材料， 如部分動力電池：負極如部分動力電池：負極LiC+LiC+正極正極LiMnLiMn2 2OO。 鋰聚合物電池：在正、負電極粘結(jié)劑、電解質(zhì)三鋰聚合物電池：在正、負電極粘結(jié)劑、電解質(zhì)三者中任何一種使用高分子聚合物的鋰離子電池就者中任何一種使用高分子聚合物的鋰離子電池就可以成為鋰聚合物電

49、池。現(xiàn)在常見的是使用高分可以成為鋰聚合物電池。現(xiàn)在常見的是使用高分子膠體取代常規(guī)液體電解質(zhì)的鋰聚合物電池。子膠體取代常規(guī)液體電解質(zhì)的鋰聚合物電池。從最初的伏達電池到形成干電池再到鉛蓄電從最初的伏達電池到形成干電池再到鉛蓄電池，電池將向著高容量，無污染的方向池，電池將向著高容量，無污染的方向燃料電池燃料電池發(fā)展。發(fā)展。燃料電池燃料電池一、燃料電池的發(fā)明一、燃料電池的發(fā)明 早在年，英國科學(xué)家威廉早在年，英國科學(xué)家威廉格羅夫就提出了格羅夫就提出了氫氧燃料電池的原理。這是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電氫氧燃料電池的原理。這是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的化學(xué)系統(tǒng)，它的主要部件為兩個電極和電解液。在能的化學(xué)系統(tǒng)

50、，它的主要部件為兩個電極和電解液。在負極（燃料電極），氫氣在催化劑作用下被拆開成為質(zhì)負極（燃料電極），氫氣在催化劑作用下被拆開成為質(zhì)子（氫離子）和電子，其中氫離子通過電解液流到正極子（氫離子）和電子，其中氫離子通過電解液流到正極（氧氣電極），而電子不能通過電解液，留在負極，這（氧氣電極），而電子不能通過電解液，留在負極，這樣就在兩極之間形成了電位差。如果接通兩極，氫原子樣就在兩極之間形成了電位差。如果接通兩極，氫原子分拆出的電子就會沿電路從負極流到正極，在那里同氫分拆出的電子就會沿電路從負極流到正極，在那里同氫離子結(jié)合后，與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成水并釋放出熱量。離子結(jié)合后，與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成水并

51、釋放出熱量。 雖然稱為燃料電池，其運作過程中并不會產(chǎn)生明火。雖然稱為燃料電池，其運作過程中并不會產(chǎn)生明火。產(chǎn)生電能的過程也不需要旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機等運動部件。因產(chǎn)生電能的過程也不需要旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機等運動部件。因此燃料電池構(gòu)造簡單，能量利用率高，噪音小而且穩(wěn)定。此燃料電池構(gòu)造簡單，能量利用率高，噪音小而且穩(wěn)定。理論上，應(yīng)用于汽車的燃料電池可以把氫燃料能量的理論上，應(yīng)用于汽車的燃料電池可以把氫燃料能量的轉(zhuǎn)化為動能，而內(nèi)燃機只能達到轉(zhuǎn)化為動能，而內(nèi)燃機只能達到。 構(gòu)成構(gòu)成 （）燃料（）燃料電解質(zhì)電解質(zhì)氧化劑（）氧化劑（）負極負極 以氫為燃料以氫為燃料 以甲烷為燃料以甲烷為燃料 以甲醇為燃料以甲醇為燃料正極正

52、極 氧化劑（以氧為正極氧化劑（以氧為正極）二、燃料電池的構(gòu)成二、燃料電池的構(gòu)成燃料燃燒是一種劇烈的氧化還原反應(yīng)，燃燒放出的燃料燃燒是一種劇烈的氧化還原反應(yīng)，燃燒放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，可以提高燃料的利用率。化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，可以提高燃料的利用率。燃料電池是一種燃料電池是一種高效高效、環(huán)境友好環(huán)境友好的發(fā)電裝置。的發(fā)電裝置。如，如，H H2 2燃燒生成物是燃燒生成物是H H2 2OO；CHCH4 4燃燒生成物是燃燒生成物是COCO2 2和和H H2 2OO。燃料電池燃料電池與與干電池或蓄電池干電池或蓄電池的主要差別在于：的主要差別在于：反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是用外加的設(shè)備，反應(yīng)物不

53、是儲存在電池內(nèi)部，而是用外加的設(shè)備，源源不斷的提供燃料和氧化劑等，使反應(yīng)能連續(xù)源源不斷的提供燃料和氧化劑等，使反應(yīng)能連續(xù)進行。進行。三、燃料電池的優(yōu)點三、燃料電池的優(yōu)點 由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因此，它沒有像通常的火力發(fā)電機那樣通過鍋爐、汽輪機、此，它沒有像通常的火力發(fā)電機那樣通過鍋爐、汽輪機、發(fā)電機的能量形態(tài)變化，可以避免中間的轉(zhuǎn)換的損失，達發(fā)電機的能量形態(tài)變化，可以避免中間的轉(zhuǎn)換的損失，達到很高的發(fā)電效率。同時還有以下一些特點：到很高的發(fā)電效率。同時還有以下一些特點： 不管是滿負荷還是部分負荷均能保持高發(fā)電效率；不管是滿負荷

54、還是部分負荷均能保持高發(fā)電效率； 不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率；不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率； 具有很強的過負載能力；具有很強的過負載能力； 通過與燃料供給裝置組合的可以適用的燃料廣泛；通過與燃料供給裝置組合的可以適用的燃料廣泛； 用天然氣和煤氣等為燃料時，用天然氣和煤氣等為燃料時，NOXNOX及及SOXSOX等排出量少，等排出量少， 環(huán)境相容性優(yōu)。環(huán)境相容性優(yōu)。 四、燃料電池的種類四、燃料電池的種類 直接甲醇燃料電池直接甲醇燃料電池 氫氧燃料電池氫氧燃料電池 固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池 1.直接甲醇燃料電池 直接甲醇燃料電池直接甲醇燃料電池簡稱簡稱DMFC（Direct

55、MethanolFuelCell）。它）。它是以甲醇為燃料，通過與氧結(jié)合是以甲醇為燃料，通過與氧結(jié)合產(chǎn)生電流的，優(yōu)點是直接使用甲產(chǎn)生電流的，優(yōu)點是直接使用甲醇，省去了氫的生產(chǎn)與存儲。醇，省去了氫的生產(chǎn)與存儲。 其電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程又可分為兩種其電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程又可分為兩種方式，一種是直接燃料電池，另方式，一種是直接燃料電池，另一種是間接燃料電池。直接燃料一種是間接燃料電池。直接燃料電池主要是甲醇在陽極被電解為電池主要是甲醇在陽極被電解為氫和二氧化碳，氫通過質(zhì)子膜到氫和二氧化碳，氫通過質(zhì)子膜到陰極與氧氣反應(yīng)并同時產(chǎn)生電流。陰極與氧氣反應(yīng)并同時產(chǎn)生電流。間接燃料電池是先將甲醇進行煉間接燃料電池是先將甲醇

56、進行煉解或重整得到氫，然后再由氫和解或重整得到氫，然后再由氫和氧通過質(zhì)子膜電解槽反應(yīng)而獲得氧通過質(zhì)子膜電解槽反應(yīng)而獲得供給汽車動力的電能。供給汽車動力的電能。世界最小的甲醇燃料電池世界最小的甲醇燃料電池 日本則武公司的產(chǎn)品在改進后，達到了日本則武公司的產(chǎn)品在改進后，達到了160mW/cm2的高功率的高功率密度，性能約為原來的密度，性能約為原來的1.5倍。據(jù)分析，之所以能達到如此高的倍。據(jù)分析，之所以能達到如此高的性能，主要原因在于使用了有機物和無機物的混合技術(shù)來制作性能，主要原因在于使用了有機物和無機物的混合技術(shù)來制作電解質(zhì)材料，從而大大減少了甲醇透過電解質(zhì)膜的電解質(zhì)材料，從而大大減少了甲醇透

57、過電解質(zhì)膜的“甲醇滲透甲醇滲透”現(xiàn)象，并提高了電解質(zhì)膜的形狀穩(wěn)定性。則武公司從事燃料直現(xiàn)象，并提高了電解質(zhì)膜的形狀穩(wěn)定性。則武公司從事燃料直接使用液態(tài)甲醇的接使用液態(tài)甲醇的DMFC電解質(zhì)膜的開發(fā)，由于電解質(zhì)膜的開發(fā)，由于DMFC具有無具有無需燃料改質(zhì)器、可在低溫下工作等優(yōu)點需燃料改質(zhì)器、可在低溫下工作等優(yōu)點這種燃料電池以甲醇為能量來源，手機，這種燃料電池以甲醇為能量來源，手機，筆記本電腦將不再用充電。筆記本電腦將不再用充電。 2. 2.氫氧燃料電池氫氧燃料電池在酸性溶液中在酸性溶液中負極：負極：H2+2H2O-2e2H3O+ 在堿性溶液中在堿性溶液中負極：負極：H2+2OH-2e2H2O 因此

58、，無論采用酸性還是堿性電解液，氫因此，無論采用酸性還是堿性電解液，氫氧燃料電池的總反應(yīng)可表示為：氧燃料電池的總反應(yīng)可表示為： 2H2+O2-2H2O這一反應(yīng)的實質(zhì)是氫的燃燒反應(yīng)，這一反應(yīng)的實質(zhì)是氫的燃燒反應(yīng)，氫是一種燃料，而氧則是一種氧化氫是一種燃料，而氧則是一種氧化劑。所以，在燃料電池中，負極上劑。所以，在燃料電池中，負極上進行燃料的氧化過程，常常又被稱進行燃料的氧化過程，常常又被稱作作“燃料電極燃料電極”，而正極上進行氧而正極上進行氧化劑的還原過程，又被稱作化劑的還原過程，又被稱作“氧化氧化劑電極劑電極”，燃料電池中常用的氧化燃料電池中常用的氧化劑是空氣中的氧。劑是空氣中的氧。 在燃料極中

59、，供給的燃料氣體中在燃料極中，供給的燃料氣體中的的H2 分解成分解成H+ 和和e ，H+ 移動到電解移動到電解質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的質(zhì)中與空氣極側(cè)供給的O2發(fā)生反應(yīng)。發(fā)生反應(yīng)。e-經(jīng)由外部的負荷回路，再反回到空經(jīng)由外部的負荷回路，再反回到空氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。一系氣極側(cè)，參與空氣極側(cè)的反應(yīng)。一系例的反應(yīng)促成了例的反應(yīng)促成了e不間斷地經(jīng)由外部不間斷地經(jīng)由外部回路，因而就構(gòu)成了發(fā)電。整個反應(yīng)回路，因而就構(gòu)成了發(fā)電。整個反應(yīng)來看，由來看，由H2 和和O2 生成的生成的H2O ，除此，除此以外沒有其他的反應(yīng)，以外沒有其他的反應(yīng)，H2 所具有的所具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能。化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能。3.3

60、. 固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池固體氧化物燃料電池采用固體氧化固體氧化物燃料電池采用固體氧化物作為電解質(zhì)，除了高效，環(huán)境友物作為電解質(zhì)，除了高效，環(huán)境友好的特點外，它無材料腐蝕和電解好的特點外，它無材料腐蝕和電解液腐蝕等問題；在高的工作溫度下液腐蝕等問題；在高的工作溫度下電池排出的高質(zhì)量余熱可以充分利電池排出的高質(zhì)量余熱可以充分利用，使其綜合效率可由用，使其綜合效率可由50%提高到提高到70%以上；以上； 它的燃料適用范圍廣，它的燃料適用范圍廣，不僅能用不僅能用H2，還可直接用，還可直接用CO、天、天然氣（甲烷）、煤汽化氣，碳氫化然氣（甲烷）、煤汽化氣，碳氫化合物、合物、NH3、H2S