化学电源
铜臭 / 2022-07-15
将化学反应释放出来的能量转换成电能的装置称为化学电源，例如干电池、蓄电池、燃料电池。由于化学电源具有能量转换效率高、性能可靠、工作时没有噪声、携带和使用方便、对环境适应性强、工作范围广等独特优点，因而被广泛应用。
1.原电池
原电池是一种将活性物质中化学能通过氧化还原反应直接转换成电能输出的装置，又称为化学电池。由于各种型号的原电池氧化还原反应的可逆性很差，放完电后，不能重复使用，故又称一次电池。它通常由正电极、负电极、电解质、隔离物和壳体构成，可制成各种形状和不同尺寸，使用方便。广泛用于工农业、国防工业和通信、照明、医疗等部门，并成为日常生活中收音机、录音机、照相机、计算器、电子表、玩具、助听器等常用电器的电源。常用原电池有锌-锰干电池、锌汞电池、锌-银扣式电池及锂电池等。
A 锌-锰干电池
用于普通手电简和小型器械上的干电池，由锌皮(外莞)作电极;由插在电池中心的石墨棒和MnO₂作正极。两极之间填有ZnCl₂和NH₄CI的糊状混合物。
锌-锰干电池产生电能的反应可表示为:
负极反应: Zn=Zn²⁺+ 2e
正极反应: 2MnO₂ + 2NH₄⁺+ 2e= 2MnO(OH) +2NH₃
总反应式: Zn + 2MnO₂+ 2NH₄⁺=Zn²⁺+ 2MnO( 0H) + 2NH₃
它的电池符号为: (-)Zn|ZnCl₂，NH₄CI( 糊状) |MnO₂|石墨(+)
干电池产生的电动势约为1.8V。它的优点是携带方便，但由于其不可逆性，使用时间有限。
B锌-银扣式电池
常用于电子表、电子计算器、自动曝光照相机的Ag₂O-Zn电池:
负极反应: Zn+2OH⁻=Zn(OH)₂+2e
正极反应: Ag₂O + H₂O+2e=2Ag + 2OH⁻
总反应式: Zn+ Ag₂O+ H₂O=2Ag + Zn(OH)₂
它的电能量大，能大电流放电，加上近年来又制成了可长期以干态储存的一次电池，在运载火箭、导弹系统上已大量采用这种电池。
C 锌-汞电池
常用于助听器、心脏起搏器等小型的锌汞电池，形似纽扣，所以也叫纽扣电池。它的锌汞剂为负极，HgO和炭粉(导电材料)为正极，内含饱和ZnO的KOH糊状物为电解质组成电 池: (- )Zn(Hg)│KOH(糊状，饱和ZnO)HgO│Hr(+)。锌汞电池的工作电压稳定，整个放电过程电压变化不大，保持在1.34V左右。
D 锂原电池
锂原电池又称锂电池，是以金属锂为负极的电池总称。锂的电极电势最负，相对分子质量最小，导电性良好，可制成一系列贮存寿命长、工作温度范围宽的高能电池。根据电解液和正 极物质的物理状态，锂电池有三种不同的类型，即:固体正极有 机电解质电池，液体正 极一液体电解 质电池，固体正极一-固体电解质电池。 Li- (CF)n 的开路电压为3.3V,比能 量为480W·h/L,工作温度在-55 ~ 70°C间，在20°C下可贮存10年之久。它们都是近年来研制的新产品，目前主要用于军事、空间技术等特殊领域，在心脏起搏器等微小功率场合也有应用。
2.蓄电池
蓄电池是常用的化学电源。在使用前，借助外来直流电使蓄电池内部进行氧化还原反应，把电能转变成化学能储蓄起来，这种蓄电过程叫充电。充电后的蓄电池就可当电池使用，此时把储藏的化学能又转变为电能，这个过程叫放电。蓄电池可通过多次充电、放电反复使用，故又称二次电池。
铅酸蓄电池的 负极是一组充满海绵状灰 铅的铅板，正极是一组充满PbO₂的铅板。电解质 是相对密度为1.25 ~1.30g/cm³的硫酸。放电时，H₂SO₄浓度降低，若低于1. 20g/cm³，充电后才能使用。铅酸蓄电池的优点是价格便宜。常用作汽车和柴油机车的启动电源，搬运车辆、坑道、矿山车辆和潜艇的动力电源以及变电站的备用电源。它的缺点是笨重、抗震性差，而且浓硫酸有腐蚀性。铅酸蓄电池技术正在不断改进中，已有硅胶蓄电池和少维护蓄电池问世。
镍镉电池比铅酸电池昂贵，但坚固耐用，质量轻、体积小、抗震性好。除工业应用外，可以用于电动剃须刀、收录机与小型计算器。这种电池的电压大约为1.3V。
3.燃料电池
燃料电池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。与一般电池一样，燃料电池是由阴极、阳极和电解质构成。图6-9给出了典型的(单个)燃料电池的构造。
在阳极(负极)上连续吹充气态燃料，如氢气，而阴极(正极)上则连续吹氧气(或空气)，这样就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流。
燃料电池具有以下特点:
(1)能量转化效率高，它直接将燃料的化学能转
化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料，电能转换效率为45% ~ 60%，而火力发电和核电的效率大约为30%~40%。
(2)有害气体SOₓ、NOₓ及噪声排放都很低，CO₂排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。
(3)燃料适用范围广。
(4)积木化强，规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。
(5)负荷响应快，运行质量高。燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电站离负荷可以很近，可以减少频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。
![2,2-双[4-(4-氨基苯氧基苯)]六氟丙烷](images/202103/thumb_img/3458_thumb_G_1615773264954.jpg)
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