2018-应用化学授课-王立民-3-化学电源.pptx

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1、第三讲化学电源王立民稀土资源利用国家重点实验室2018年3月21日材料科学与技术发展动态●背景描述●化学电源●几种电池特性●研究展望内容提要元素周期表化学能源分类1、化学电池有三大类型：一次性电池二次电池燃料电池2、特点：①一次电池：不可充电，如干电池（锌锰，酰氯）②二次电池：可循环利用，Pb-A，Ni-H，Li+等放电过程是将能转化为能；充电过程是将能转化为能。③燃料电池：可不断充入氧化剂、还原剂连续使用，最理想的燃料是。（1）产物为水，无污染（2）与其它能源比，反应相同质量，放出能量多（3）来源广化学电电化学H2简易电池原理

2、（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。电池的发展史1936年6月，伊拉克考古学家在巴格达城郊，发现了大量公元前200多年属于波斯王朝时代的文物，其中包括一些奇怪的陶制器皿和生锈的铜管、铁棒。陶制器皿有点像花瓶，高

3、15厘米，呈淡黄色，瓶里装满了沥青，沥青之中有个铜管，直径2.6厘米，高9厘米，铜管中又有一层沥青，并有一根锈迹斑斑的铁棒。这个不同一般的奇异的陶罐是做什么用的呢？这引起了德国考古学家威廉·卡维尼格的注意，经过鉴定，他宣布了一个惊人的消息：这是一个古代化学电池！只要加入酸溶液或者碱溶液，就可以发出电来。如果果真如此的话，在2000年前的人类是如何制造出电池的呢?他们用电池做什么用呢?电池的发展史电池的发明1791年他在解剖时在实验室将悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上，发现蛙腿会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物的组织会产生电流

4、，而金属是传递电流的导体。（意大利生物学家伽伏尼）在1880年，伏打將數對以鹽水混合物浸泡過的布或紙板隔開的鋅極與銅(或銀)極堆疊起來，如圖（二），當電池的頂端與底部以導線連接時，就有電流流經電池與導線。這就是第一個被發明的電池—伏打電堆（VoltaicPile）。世界上第一块伏达电池问世电池模样最小燃料电池直径只有3毫米我国第一家电池厂于1911年诞生于上海。1921年第一家专业铅蓄电池厂-上海蓄电池厂也建于上海。1941年在延安中央军委三局所属电信材料厂开始生产锌锰干电池和修理铅酸蓄电池。1957年组建机电部电材局化学电源研

5、究室，成为我国第一个专业研究所，既原一机部化学电源研究所（原电子工业部天津电源研究所）。1960年我国第一家碱性蓄电池厂“风云器材厂”在河南新乡正式验收投产。20世纪90年代初，Ni-MH电池的生产化得到了迅速发展。1992年开始了锂离子电池及其材料的国产化。我国电池发展历程一次电池（干电池）2NH4++Zn+2MnO2=2NH3↑+Zn2++Mn2O3+H2O普通锌锰电池锌锰电池1887年英国人赫勒森（WilhelmHellesen）发明了最早的干电池。相对于液体电池而言，干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广

6、泛应用。锂一次电池是20世纪60年代末开始开发的新型化学电源。当时随着晶体管和集成电路的发展，日用电子器具向便携式、小型化和薄形化发展，迫切要求电池具有长寿命、高体积比能量和可靠的耐漏液性能。锂氟化碳电池于1973年、锂二氧化锰电池于1976年相继正式投入民用商品市场，已得到广泛的应用。锂一次电池1860年，法国的雷克兰士(GeorgeLeclanche)还发明了世界广受使用的电池（碳锌电池）。它的负极是锌和汞的合金棒(锌－伏特原型电池的负极，经证明是作为负极制作材料的最佳金属之一)，而它的正极是以一个多孔的杯子盛装着碾碎的二氧

7、化锰和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作为电流收集器。负极棒和正极杯都被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。此系统被称为“湿电池”。雷克兰士制造的电池虽然简陋但却便宜，所以一直到1880年才被改进的“干电池”取代。二次电池——雷克兰士发明的电池银锌电池正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：2Ag+Zn(OH)2Zn+Ag2O+H2O充电放电1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌

8、电池。1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。1859年法国人普兰特发现了直流电通过浸在稀硫酸中的两块铅板时，在这两块铅板上能够重复地产生电动势，以此制成了蓄电池；铅蓄电池1859年，普兰特（Plante）发明的，至今已有一百多年的历