電池的科學(xué)研究

1、電池的科學(xué)研究,在化學(xué)電池中，化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁强侩姵貎?nèi)部自發(fā)進(jìn)行氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，這種反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行。負(fù)極活性物質(zhì)由電位較負(fù)并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳?xì)浠衔锏?。正極活性物質(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質(zhì)則是具有良好離子導(dǎo)電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶液，有機(jī)或無(wú)機(jī)非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)等。當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，兩極之間雖然有電位差(開(kāi) 路電壓)，但沒(méi)有電流，存儲(chǔ)在電池中的化學(xué)能并不轉(zhuǎn)換為電 能。當(dāng)外電路閉合時(shí)，在兩電 極電位差的作用下

2、即有電流流 過(guò)外電路。同時(shí)在電池內(nèi)部， 由于電解質(zhì)中不存在自由電子 ，電荷的傳遞必然伴隨兩極活 性物質(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還 原反應(yīng)，以及反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物 的物質(zhì)遷移,1）電池的主要原理,電池的主要原理,2）電池的發(fā)展歷程,1745年，普魯士的克萊斯特利用導(dǎo)線將摩擦所起的電引向裝有鐵釘?shù)牟Ａ?。?dāng)他用手觸及鐵釘時(shí)，受到猛烈的一擊。在這個(gè)發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)下，萊頓大學(xué)的馬森布羅克在1746年發(fā)明了收集電荷的“萊頓瓶”。 1799年，意大利物理學(xué)家伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過(guò)。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來(lái)。伏特用這種方法成功的制

3、成了世界上第一個(gè)電池“伏特電堆”。這個(gè)“伏特電堆”實(shí)際上就是串聯(lián)的電池組。它成為早期電學(xué)實(shí)驗(yàn)，電報(bào)機(jī)的電力來(lái)源。 1860年，法國(guó)的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。因?yàn)檫@種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為“蓄電池”。幾乎在同時(shí)，法國(guó)的雷克蘭士發(fā)明了世界廣受使用的電池（碳鋅電池）的前身，這就是 “濕電池”。雷克蘭士制造的電池雖然簡(jiǎn)陋但卻便宜，因此一直到1880年才被改進(jìn)的“干電池”所取代。 干電池是英國(guó)人赫勒森在1887年發(fā)明的。干電池的電解液為糊狀，不會(huì)溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。 1890年愛(ài)迪生發(fā)明了可充電的鐵鎳電池。 1914年愛(ài)迪生發(fā)明堿性電池。 1954年Gerald Pe

4、arson, Calvin Fuller and Daryl Chapin 開(kāi)發(fā)出太陽(yáng)能電池。 1970前后一次鋰電池實(shí)用化。1976年P(guān)hilips Research的科學(xué)家發(fā)明鎳氫電池。1980前后開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定的用于鎳氫電池的合金。 1990前出現(xiàn)角型（口香糖型）電池，太陽(yáng)能電池板1990前后鎳氫電池商業(yè)化生產(chǎn).。 1991年Sony.可充電鋰離子電池商業(yè)化生產(chǎn)。 2000后燃料電池，太陽(yáng)能電池成為全世界矚目的新能源發(fā)展問(wèn)題的焦點(diǎn),電池的發(fā)展歷程,3）電池的類別,電池的種類很多，常用電池主要是干電池、蓄電池，以及體積小的微型電池。此外，還有燃料電池以及其他能量轉(zhuǎn)換電池如太陽(yáng)電池、溫差電池、核

5、電池等,電池的類別,干電池 常用的一種干電池是碳鋅干電池。負(fù)極是鋅做的圓筒，內(nèi)有氯化銨作為電解質(zhì)，少量氯化鋅、惰性填料及水調(diào)成的糊狀電解質(zhì)，正極是四周裹以摻有二氧化錳的糊狀電解質(zhì)的一根碳棒。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，干電池已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)大的家族，到目前為止已經(jīng)約有100多種。常見(jiàn)的有普通鋅-錳干電池、堿性鋅-錳干電池、鎂-錳干電池、鋅-空氣電池、鋅-氧化汞電池、鋅-氧化銀電池、鋰-錳電池等,微型電池 隨著電子元件的小型化，特別是晶體管和集成電路的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的體積小、比能高、工作電壓平穩(wěn)、密封性好、自放電小、可靠性高的電池。俗稱紐扣電池。微型電池通常由正極、負(fù)極、電解質(zhì)溶液、隔膜和密裝零部件組成

6、。 微型電池種類很多，可分為兩大類。一類是微型堿性電池，包括氧化銀電池、汞電池、鋅-空氣電池、鋅-鎳電池、鋅-錳電池、鎘-鎳電池、鎘-汞電池等;另一類是微型鋰電池,蓄電池 蓄電池的種類很多，共同的特點(diǎn)是可以經(jīng)歷多次充電、放電循環(huán)，反復(fù)使用。 鉛蓄電池是最為常用的一種電池，其極板是用鉛合金制成的格柵，電解液為稀硫酸。兩極板均覆蓋有硫酸鉛。但充電后，正極處極板上硫酸鉛轉(zhuǎn)變成二氧化鉛，負(fù)極處硫酸鉛轉(zhuǎn)變成金屬鉛。放電時(shí)，則發(fā)生反方向的化學(xué)反應(yīng)。 它用填滿海綿狀鉛的鉛板作負(fù)極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用1.28的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時(shí)，金屬

7、鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)， 被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反 應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時(shí)， 兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又 恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池 是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它 的電壓是2V，通常把三個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)起來(lái)使 用，電壓是6V,燃料電池 燃料電池是一種把燃料在燃燒過(guò)程中釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。與蓄電池不同之處，是它可以從外部分別向兩個(gè)電極區(qū)域連續(xù)地補(bǔ)充燃料和氧化劑而不需要充電。燃料電池由燃料、氧化劑、電極和電解液等四部分構(gòu)成。其電極具有催化性能，且是多孔結(jié)構(gòu)的，以保證較大的活性面積。工作時(shí)將燃料通入負(fù)極，氧

8、化劑通入正極，它們各自在電極的催化下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)以獲得電能。燃料電池的構(gòu)造涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論。燃料電池效率高，燃料電池發(fā)電不經(jīng)過(guò)從熱能到機(jī)械能再到電能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，因而沒(méi)有中間環(huán)節(jié)的能量損失。它還有重量輕、體積小、比 功率高，移動(dòng)起來(lái)比較容易，燃料多樣 ，無(wú)污染，工作時(shí)振動(dòng)很小，噪音很低 等優(yōu)點(diǎn),太陽(yáng)電池 太陽(yáng)電池是把太陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。當(dāng)日光照射時(shí)，產(chǎn)生端電壓，得到電流，用于人造衛(wèi)星、宇宙飛船中的太陽(yáng)電池是半導(dǎo)體制成的。它可以有效吸收太陽(yáng)能，并將其轉(zhuǎn)化成電能。太陽(yáng)能取之不盡用之不完而且環(huán)保清潔，在缺少交流電源供電的情況下更有

9、不可替代的作用。太陽(yáng)能電池和二次充電電池配合使用時(shí)可以組成一個(gè)獨(dú)立的不間斷直流供電系統(tǒng)，可以為無(wú)法提供電源的自動(dòng)控制設(shè)備等負(fù)載提供電能,溫差電池 溫差電池是利用溫度差異，使熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。溫差電池的材料一般有金屬和半導(dǎo)體兩種。用金屬制成的電池賽貝克效應(yīng)較小，常用于測(cè)量溫度、輻射強(qiáng)度等。這種電池一般把若干個(gè)溫差電偶串聯(lián)起來(lái)，把其中一頭暴露于熱源，另一個(gè)接點(diǎn)固定在一個(gè)特定溫度環(huán)境中，這樣產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)等于各個(gè)電偶之和。再根據(jù)測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)換算成溫度或強(qiáng)度,太陽(yáng)電池 太陽(yáng)電池是把太陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。當(dāng)日光照射時(shí)，產(chǎn)生端電壓，得到電流，用于人造衛(wèi)星、宇宙飛船中的太陽(yáng)電池是半導(dǎo)體制成的。

10、它可以有效吸收太陽(yáng)能，并將其轉(zhuǎn)化成電能。太陽(yáng)能取之不盡用之不完而且環(huán)保清潔，在缺少交流電源供電的情況下更有不可替代的作用。太陽(yáng)能電池和二次充電電池配合使用時(shí)可以組成一個(gè)獨(dú)立的不間斷直流供電系統(tǒng)，可以為無(wú)法提供電源的自動(dòng)控制設(shè)備等負(fù)載提供電能,核電池 核電池又叫“放射性同位素電池”，它是通過(guò)半導(dǎo)體換能器將同位素在衰變過(guò)程中不斷地放出具有熱能的射線的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏圃於伞：穗姵匾殉晒Φ赜米骱教炱鞯碾娫?、心臟起搏器電源和一些特殊軍事用途。一般核電池在外形上與普通干電池相似，呈圓柱形。在圓柱的中心密封有放射性同位素源，其外面是熱離子轉(zhuǎn)換器或熱電偶式的換能器。換能器的外層為防輻射的屏蔽層，最外面一層

11、是金屬筒外殼。核電池在衰變時(shí)放出的能量大小、速度，不受外界環(huán)境中的溫度、化學(xué)反應(yīng)、壓力、電磁場(chǎng)等的影響。核電池提供電能的同位素工作時(shí)間非常長(zhǎng)，甚至可能達(dá)到5000年,廢電池的危害及相應(yīng)策略,當(dāng)電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)完全后，電池再也不能供電了，成了一顆廢電池，廢電池里含有大量重金屬汞、鎘、錳、鉛等。當(dāng)廢電池日曬雨淋表面皮層銹蝕了，其中的成分就會(huì)滲透到土壤和地下水，人們一旦食用受污染的土地生產(chǎn)的農(nóng)作物或是喝了受污染了的水，這些有毒的重金屬就會(huì)進(jìn)入人的體內(nèi)，慢慢的沉積下來(lái)，對(duì)人類健康造成極大的威脅！ 廢電池危害如此之大，解決這個(gè)問(wèn)題已勢(shì)在必行。要解決電池的污染問(wèn)題，對(duì)人類現(xiàn)在來(lái)講，不管是資金還是技術(shù)上都存在著困難。所以我們只能降低電池對(duì)環(huán)境造成的危害。我們首要做的便是將廢舊電池回收。對(duì)于電池的回收，我們可以采取在街道設(shè)置回收箱的形式，或者在社會(huì)各地建立廢電池回收站，與此同時(shí)，我們還要加強(qiáng)人們對(duì)電池危害性的認(rèn)識(shí)，形成自覺(jué)收集、上交廢舊電池的觀念和意識(shí),廢電池的危害及相應(yīng)策略,電池的發(fā)展趨勢(shì),現(xiàn)代電池越來(lái)越朝著科技化方向發(fā)展，燃料電池和太陽(yáng)能電池有著相當(dāng)可觀的應(yīng)用前景。燃料電池作為一種新型能源，現(xiàn)在造價(jià)還比較高，壽命還不夠長(zhǎng)，功率還比較小。但是，隨著有關(guān)研究工作的深入，這些問(wèn)題將會(huì)得到解決。許多科學(xué)家認(rèn)為，在21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，燃料電池在能源領(lǐng)域