神马文学网电池原理
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/28 23:24:25
一、原电池
物质发生化学反应时，常伴有化学能与热能、光能等的相互转化。如在化学反应里，常表现出放热或吸热，有的化学反应还伴有发光等。现在我们来研究能量转化的另一种方式——化学能转变成电能。
【实验】把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯里，可以看到锌片上有气泡产生，铜片上没有气泡产生。再用导线把锌片和铜片连接起来（见下图），观察铜片上有没有气泡产生？在导线中间接入一个电流计，观察电流计的指针是否偏转。
现象：用导线连接后，锌片不断溶解，铜片上有气泡产生。电流计的指针发生偏转，这说明导线中有电流通过。
电流是如何产生的呢？原来，当把用导线连接的铜片和锌片一同浸入稀硫酸时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H+从铜片获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出。
这一变化过程可以表示如下：
锌片：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）
铜片：2H++2e-=H2↑（还原反应）
这个实验充分证明，上述氧化还原反应确实因电子的转移而产生电流。这种把化学能转化为电能的装置叫做原电池。在原电池中，电子流出的一极是负极（如锌片），电极被氧化。电子流入的一极是正极（如铜片），H+在正极上被还原。
以上介绍了铜-锌原电池，我们也可以利用同样的原理，把其他的氧化还原反应设计成各种不同的电池。在这些电池中，一般都用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子；在电池内部，两极之间填充电解液。放电时，负极上的电子通过导线流向用电器，从正极流回电池，形成电流。
人们应用原电池原理，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术的发展中，电池发挥着越来越重要的作用，大至宇宙火箭、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、助听器、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。
二、化学电源
上面介绍的原电池的结构较简单，它只能供教学实验用，时间一长，就不能产生电流了，而且携带和使用都很不方便。当今的电池工业已能制造出各种各样的实用电池，广泛用于日常生活、生产和科学技术等方面。
实用电池一般应具有以下特点：能产生稳定而具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生较小影响。
下面简单介绍几种常见电池和新型电池。
1．干电池
手电筒中使用的干电池一般是锌-锰干电池。
插在电池中央的石墨棒是正极，顶端有一铜帽；在石墨棒的周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸作隔膜；隔膜外是调成糊状的氯化铵，作为电解质溶液；最外面是由锌筒制成的干电池外壳，它作为负极；电池顶部用蜡和火漆封口。
资料锌-锰干电池内的主要反应
2．铅蓄电池
目前汽车上使用的电池，有很多都是铅蓄电池。铅蓄电池的构造是用含锑5％～8％的铅锑合金铸成格板，在格板上分别填充PbO2和Pb作为正极和负极，二者交替排列而成。在电极之间注入30％的H2SO4溶液。
由于铅蓄电池的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此是广泛用于国防、科研、交通、生产和生活的化学电源。
除了铅蓄电池外，还有多种蓄电池，例如，镍-镉可充电电池广泛用于收录机、电话机等。又如，银-锌蓄电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。
3．锂电池
锂是密度最小的金属材料，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起搏器上，以及作为火箭、导弹等的动力电源。
4．新型燃料电池
燃料电池与前面介绍的电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。因此，燃料电池是名符其实的把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。燃料电池的能量转化率很高，可达70％以上。氢氧燃料电池除了具有能量转化率高、可持续使用的优点外，而且由于其燃烧产物为水，因此不污染环境。
除了氢气和氧气外，甲烷、煤气等燃料，空气、氯气等氧化剂也可以作为燃料电池的原料。
目前已研制成功铝-空气燃料电池。它是用纯铝作负极，空气作正极，使铝在盐溶液中溶解，产生电流。铝-空气电池可代替汽油作为汽车的动力。它的优点是：体积小、能量大、使用方便、不污染环境、耗能少。这种电池还能用于收音机、照明电源、野营炊具、野外作业工具等。
物质发生化学反应时，常伴有化学能与热能、光能等的相互转化。如在化学反应里，常表现出放热或吸热，有的化学反应还伴有发光等。现在我们来研究能量转化的另一种方式——化学能转变成电能。
【实验】把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯里，可以看到锌片上有气泡产生，铜片上没有气泡产生。再用导线把锌片和铜片连接起来（见下图），观察铜片上有没有气泡产生？在导线中间接入一个电流计，观察电流计的指针是否偏转。
现象：用导线连接后，锌片不断溶解，铜片上有气泡产生。电流计的指针发生偏转，这说明导线中有电流通过。
电流是如何产生的呢？原来，当把用导线连接的铜片和锌片一同浸入稀硫酸时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H+从铜片获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出。
这一变化过程可以表示如下：
锌片：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）
铜片：2H++2e-=H2↑（还原反应）
这个实验充分证明，上述氧化还原反应确实因电子的转移而产生电流。这种把化学能转化为电能的装置叫做原电池。在原电池中，电子流出的一极是负极（如锌片），电极被氧化。电子流入的一极是正极（如铜片），H+在正极上被还原。
以上介绍了铜-锌原电池，我们也可以利用同样的原理，把其他的氧化还原反应设计成各种不同的电池。在这些电池中，一般都用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子；在电池内部，两极之间填充电解液。放电时，负极上的电子通过导线流向用电器，从正极流回电池，形成电流。
人们应用原电池原理，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术的发展中，电池发挥着越来越重要的作用，大至宇宙火箭、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、助听器、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。
二、化学电源
上面介绍的原电池的结构较简单，它只能供教学实验用，时间一长，就不能产生电流了，而且携带和使用都很不方便。当今的电池工业已能制造出各种各样的实用电池，广泛用于日常生活、生产和科学技术等方面。
实用电池一般应具有以下特点：能产生稳定而具有较高电压的电流；安全、耐用且便于携带；能够适用于特殊用途；便于回收处理，不污染环境或对环境产生较小影响。
下面简单介绍几种常见电池和新型电池。
1．干电池
手电筒中使用的干电池一般是锌-锰干电池。
插在电池中央的石墨棒是正极，顶端有一铜帽；在石墨棒的周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸作隔膜；隔膜外是调成糊状的氯化铵，作为电解质溶液；最外面是由锌筒制成的干电池外壳，它作为负极；电池顶部用蜡和火漆封口。
资料锌-锰干电池内的主要反应
2．铅蓄电池
目前汽车上使用的电池，有很多都是铅蓄电池。铅蓄电池的构造是用含锑5％～8％的铅锑合金铸成格板，在格板上分别填充PbO2和Pb作为正极和负极，二者交替排列而成。在电极之间注入30％的H2SO4溶液。
由于铅蓄电池的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此是广泛用于国防、科研、交通、生产和生活的化学电源。
除了铅蓄电池外，还有多种蓄电池，例如，镍-镉可充电电池广泛用于收录机、电话机等。又如，银-锌蓄电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。
3．锂电池
锂是密度最小的金属材料，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起搏器上，以及作为火箭、导弹等的动力电源。
4．新型燃料电池
燃料电池与前面介绍的电池不同，它不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。因此，燃料电池是名符其实的把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。燃料电池的能量转化率很高，可达70％以上。氢氧燃料电池除了具有能量转化率高、可持续使用的优点外，而且由于其燃烧产物为水，因此不污染环境。
除了氢气和氧气外，甲烷、煤气等燃料，空气、氯气等氧化剂也可以作为燃料电池的原料。
目前已研制成功铝-空气燃料电池。它是用纯铝作负极，空气作正极，使铝在盐溶液中溶解，产生电流。铝-空气电池可代替汽油作为汽车的动力。它的优点是：体积小、能量大、使用方便、不污染环境、耗能少。这种电池还能用于收音机、照明电源、野营炊具、野外作业工具等。