无机电池移动的能源解析.docx

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无机电池移动的能源解析

移

动

的

能

源

电池

ô姓名：

王海连

ô学号：

201310835123

ô系别：

化学系

ô班级：

13级1班

前言

电池是指能将化学能、内能、光能、原子能等形式的能直接转化为电能的装置。

最早的电池我们可以追溯到两百年以前意大利物理学家伏打发明的伏打电池，它使人们第一次获得了比较稳定而持续的电流,具有划时代的意义。

在伏打电池原理和研发精神的指引下，人们通过不断努力，开发了一代又一代的新型电池，从人们普遍使用的干电池到新型的太阳能电池、锂聚合物电池和燃料电池等等，不仅在电池容量、体积、使用方便程度等方面有很大突破，更重要的是在这些新型电池的研发过程中，电池的开发、发展正以绿色环保作为重要的指导精神。

正文

电池在我们的生活中处处可见，扮演着不可或缺的重要角色。

而常常与电池打交道的人们，却不一定了解电池。

由于人们用电广泛和用电需求量大，促动电池行业也展开了飞速的发展，追求着电池的效率大、体积小、成本低、绿环保，列如蓄电池、氢镍电池、太阳能电池、聚合物锂离子电池等等都成为了热门的发展方向。

接下来，我们就来了解一下电池的种类和基本反应原理。

以及国内外目前电池的发展状况和应用趋势。

关键词：

电池、新能源、氧化还原、电化学。

一．电池的种类

1） 锌锰电池 

1.原电池2） 锌汞电池 

（一次电池）3） 锌空气电池

4） 固体电解质电池

1） 铅蓄电池 

a. 普通蓄电池 

b. 干荷式蓄电池

 c. 免维护蓄电池

2.蓄电池 2） 铅晶蓄电池 

（二次电池）3） 铁镍蓄电池

 4） 镍镉蓄电池

 5） 银锌蓄电池 

6） 锂电池 

3. 燃料电池 

4. 太阳电池

 5. 温差电池

 6. 核电池

 7. 纳米电池

二．反应原理

1.电池的组成

1电极：

电池核心部分，由活性物质添加剂和导电骨架组成。

活性物质要求：

、电化学活性好、在电解液中化学稳定性好。

导电骨架要求：

集流能好，分布均匀，柔软性好

2电解质：

主要组成之一，传递正负极之间的电荷

要求：

稳定性强、比电导高、欧姆压降小、化学稳定性高。

3隔膜：

处在正负极之间，避免正负极活性物质直接接触

要求：

在电解液中稳定性好、离子导体、强度高、透气性好、耐高温低温能力强、乃氧化性强。

4外壳：

要求：

耐冲击、耐高低温变化和电解液的腐蚀。

2.反应原理

例：

锌锰电池、铅蓄电池、锂电池、燃料电池。

锌锰电池

锌锰电池是以二氧化锰为正极，锌为负极，氯化铵水溶液为主电解液的原电池。

俗称干电池。

在学术界中又称为勒克朗谢电池。

原理：

正极：

　MnO2+H++e→MnOOH

负极：

Zn+2NH4Cl→Zn（NH3）2Cl2↓+2H++2e

总反应式：

Zn+2MnO2+2NH4Cl→2MnOOH+Zn（NH3）2Cl2↓

由反应式可以看出，正极二氧化锰放电时发生还原反应，使溶液中的H+浓度减少，所以电解液的pH值增高，碱性增大，使二氧化锰电极电位向负的方向移动。

负极锌放电时，发生氧化反应，锌电极的浓差极化使锌电极电位向正的方向移动。

因此放电时，电池电压下降。

铅蓄电池

铅酸蓄电池用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用1.28％的稀硫酸作电解质。

铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。

原理：

（放电时--向右反应是放电,向左反应是充电）

正极反应：

PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

负极反应:

Pb+SO42--2e-=PbSO4

总反应:

PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O

在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。

电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。

电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。

移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。

锂电池

锂电池的简称,锂电池主要是指在电极材料中使用了锂元素作为主要活性物质的一类电池。

以这个定义来看，锂电池是指一类电池，包括锂一次电池（原电池）与锂二次电池。

锂离子电池中的电解液可以是凝胶体、聚合物（锂离子/锂聚合物电池）、或凝胶体与聚合物的混合物。

因为目前尚未发现能够在室温条件下有效运送锂离子的聚合物，所以大多数的“塑胶封袋”锂离子/锂聚合物电池事实上都是结合凝胶体和聚合物的混合型电池。

正极或负极必须具有类似海绵的物理结构，以释放或接收锂离子。

在充电时，锂离子从负极材料移出至电解液，再像水进入海绵一样地进入正极材料，这个过程被称为嵌入。

放电的过程则完全相反。

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：

Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应，放电。

由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。

所以，锂电池长期没有得到应用。

现在锂电池已经成为了主流。

锂电池的种类

燃料电池

燃料电池是一种能量转换装置。

它按电化学原理，即原电池的工作原理，等温的把储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。

燃料电池正如其名，是继续添加燃料以维持其电力，所需的燃料就是氢，其之所以被归类为新能源，原因就在此。

燃料电池的运作原理，也就是电池含有阴阳两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。

氢气由燃料电池的阳极进入，氧气（或空气）则由阴极进入燃料电池。

经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成两个氢质子与两个电子，其中质子被氧吸引到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极。

在阴极催化剂的作用下，氢质子，氧及电子发生反应形成水分子。

因此可以说水是燃料电池唯一的排放物。

燃料电池所使用的氢燃料可以来自于任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇、沼气、水电解等等。

例：

甲醇燃料电池

甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：

碱性电解质（KOH溶液为例）

总反应式：

2CH4O+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O

正极的电极反应式为：

3O2+12e-+6H20===12OH-

负极的电极反应式为：

CH4O-6e-+8OH-===CO32-+6H2O

三．电池的发展与应用

近几年来随着经济的飞速的发展,我国成为了能源消耗大国,由于大量使用化石能源造成了CO₂排量剧增,温室效应日益严重。

所以能源的多元化和清洁化已是当务之急。

化学和物理电源在使用时具有清洁和便携的优点,我国的电池制造技术随着研发技术的不断突破而突飞猛进,电池的种类也层出不穷。

从铅酸蓄电池、镉镍电池到氢镍电池、锂离子电池,乃至新型的燃料电池、新型的太阳能电池等作为提供直流电的能源,在人类社会中发挥着重要的作用。

我国已形成聚合物锂离子电池的规模化的生产,使我国锂离子电池产业的整体竞争能力提高。

未来几年锂锰氧化物、磷酸铁锂是锂离子电池研究的热点。

太阳能电池的光电转换率依然没有较大的突破，来最有希望的太阳能电池是导电塑料和纳米材料的混合产品,太阳能电池的发展趋势是:

轻薄化、提高光电转换率和输出功率,采用新技术或者实现规模生产以降低成本。

一次电池

一次电池可应用在电子记事簿、微型遥控器等低值微型电器中。

一次电池作为便携式用电器具的电源，由于使用方便、价格低廉，不管是现在还是将来，都无法被取代。

二次电池（蓄电池）

蓄电池的应用行业比较广泛，比如：

汽车行业、摩托车行业、通信用铅酸蓄电池、电力用蓄电池、电力机车用蓄电池、

燃料电池

燃料电池可在一秒钟之内迅速提供满负荷动力，并可承受短时过负荷。

其特性很适合作为备用电源或安全保证电源。

除了将燃料电池用于空间飞行、移动式和固定式设备外，开发小型化的燃料电池系统的工作也正在开展。

随着燃料电池关键技术不断得以解决，各种燃料电池的应用将逐渐不如人们的生活。

锂电池

随着科技的发展，锂电池已经广泛应用与电子计算机、心脏起搏器、航标灯、以及鱼雷、潜艇、飞机以及用作记忆补充电源。

目前国内李电池的发展产业化速度虽然不能与国外相比，但目前的研制开发及产业化进程正在加快。

太阳能电池

太阳能发电是一项高新技术，以太阳能为资源基础的生产将是一种可持续的发展模式。

从阳光直接转变成电流的太阳电池也将不再是昂贵的的市场空缺。

目前，中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。

在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

四．我喜欢的电池

太阳能电池，

太阳能是大自然赋予我们最好的能量。

太阳能有几大优点：

（1）普遍：

太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。

（2）无害：

开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

（3）巨大：

每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

（4）长久：

根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

虽然有如此多的令人怦然心动的优势，可是太阳能却没有普及我们的生活，这是因为太阳能的效率低和成本高：

目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。

但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。

在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

尽管太阳能电池的“门槛”高，但在当今能源缺乏的时代，人们还是前赴后继的挖掘着走向“阳光能源时代”的途径。

我相信，太阳能电池会随同着其他种类电池的发展不断壮大，直到将来能够为人们源源不断的提供绿色能量。

小结

浩瀚几千年人类社会的发展史也是科学技术的进步史。

到了今天，人们在享受着人类文明成功的同时，却不得不面对人口膨胀、资源短缺、环境污染的现状。

由于目前能源结构基本建构在石化燃料（石油、煤炭、天然气）的基础之上，这不仅造成了资源的耗竭也污染了环境。

在能源的开发中，充分利用自然力如风力、潮汐力、太阳能等有着重要的意义。

由于这些能源的作用不连续，要解决大规模利用这些自然力，需要有能量贮存器，而电能由于其清洁、安全、便利的特点将在未来扮演着越来越重要的角色。

无论经济发展的需求，还是现今信息时代、网络时代对高质量的电能的渴求，价格低廉、使用期长的电池，在未来以电能为基础的社会里起着举足轻重的作用。

经过长期的研究、发展，电池迎来了品种繁多，应用广泛的局面。

大到一座建筑方能容纳得下的巨大装置，小到以毫米计的品种。

无时无刻不在为我们的美好生活服务。

现代电子技术的发展，对化学电池提出了很高的要求。

每一次化学电池技术的突破，都带来了电子设备革命性的发展。

相信在以后的生活中，电池依旧会给我们带来新的惊喜。

参考文献

【1】电池的分类与介绍_XX文库

【2】锂电池的发展与前景-豆丁网

【3】蓄电池的用途_XX文库

【4】锂电池的发展与前景-豆丁网

【5】燃料电池工作原理

【6】国内外电池产业发展现状_XX文库