化學(xué)電源
銅臭 / 2022-07-15
將化學(xué)反應(yīng)釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置稱為化學(xué)電源，例如干電池、蓄電池、燃料電池。由于化學(xué)電源具有能量轉(zhuǎn)換效率高、性能可靠、工作時(shí)沒(méi)有噪聲、攜帶和使用方便、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、工作范圍廣等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。
1.原電池
原電池是一種將活性物質(zhì)中化學(xué)能通過(guò)氧化還原反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置，又稱為化學(xué)電池。由于各種型號(hào)的原電池氧化還原反應(yīng)的可逆性很差，放完電后，不能重復(fù)使用，故又稱一次電池。它通常由正電極、負(fù)電極、電解質(zhì)、隔離物和殼體構(gòu)成，可制成各種形狀和不同尺寸，使用方便。廣泛用于工農(nóng)業(yè)、國(guó)防工業(yè)和通信、照明、醫(yī)療等部門，并成為日常生活中收音機(jī)、錄音機(jī)、照相機(jī)、計(jì)算器、電子表、玩具、助聽(tīng)器等常用電器的電源。常用原電池有鋅-錳干電池、鋅汞電池、鋅-銀扣式電池及鋰電池等。
A 鋅-錳干電池
用于普通手電簡(jiǎn)和小型器械上的干電池，由鋅皮(外莞)作電極;由插在電池中心的石墨棒和MnO?作正極。兩極之間填有ZnCl?和NH?CI的糊狀混合物。
鋅-錳干電池產(chǎn)生電能的反應(yīng)可表示為:
負(fù)極反應(yīng): Zn=Zn²?+ 2e
正極反應(yīng): 2MnO? + 2NH??+ 2e= 2MnO(OH) +2NH?
總反應(yīng)式: Zn + 2MnO?+ 2NH??=Zn²?+ 2MnO( 0H) + 2NH?
它的電池符號(hào)為: (-)Zn|ZnCl?，NH?CI( 糊狀) |MnO?|石墨(+)
干電池產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)約為1.8V。它的優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便，但由于其不可逆性，使用時(shí)間有限。
B鋅-銀扣式電池
常用于電子表、電子計(jì)算器、自動(dòng)曝光照相機(jī)的Ag?O-Zn電池:
負(fù)極反應(yīng): Zn+2OH?=Zn(OH)?+2e
正極反應(yīng): Ag?O + H?O+2e=2Ag + 2OH?
總反應(yīng)式: Zn+ Ag?O+ H?O=2Ag + Zn(OH)?
它的電能量大，能大電流放電，加上近年來(lái)又制成了可長(zhǎng)期以干態(tài)儲(chǔ)存的一次電池，在運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈系統(tǒng)上已大量采用這種電池。
C 鋅-汞電池
常用于助聽(tīng)器、心臟起搏器等小型的鋅汞電池，形似紐扣，所以也叫紐扣電池。它的鋅汞劑為負(fù)極，HgO和炭粉(導(dǎo)電材料)為正極，內(nèi)含飽和ZnO的KOH糊狀物為電解質(zhì)組成電 池: (- )Zn(Hg)│KOH(糊狀，飽和ZnO)HgO│Hr(+)。鋅汞電池的工作電壓穩(wěn)定，整個(gè)放電過(guò)程電壓變化不大，保持在1.34V左右。
D 鋰原電池
鋰原電池又稱鋰電池，是以金屬鋰為負(fù)極的電池總稱。鋰的電極電勢(shì)最負(fù)，相對(duì)分子質(zhì)量最小，導(dǎo)電性良好，可制成一系列貯存壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬的高能電池。根據(jù)電解液和正 極物質(zhì)的物理狀態(tài)，鋰電池有三種不同的類型，即:固體正極有 機(jī)電解質(zhì)電池，液體正 極一液體電解 質(zhì)電池，固體正極一-固體電解質(zhì)電池。 Li- (CF)n 的開(kāi)路電壓為3.3V,比能 量為480W·h/L,工作溫度在-55 ~ 70°C間，在20°C下可貯存10年之久。它們都是近年來(lái)研制的新產(chǎn)品，目前主要用于軍事、空間技術(shù)等特殊領(lǐng)域，在心臟起搏器等微小功率場(chǎng)合也有應(yīng)用。
2.蓄電池
蓄電池是常用的化學(xué)電源。在使用前，借助外來(lái)直流電使蓄電池內(nèi)部進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)蓄起來(lái)，這種蓄電過(guò)程叫充電。充電后的蓄電池就可當(dāng)電池使用，此時(shí)把儲(chǔ)藏的化學(xué)能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這個(gè)過(guò)程叫放電。蓄電池可通過(guò)多次充電、放電反復(fù)使用，故又稱二次電池。
鉛酸蓄電池的 負(fù)極是一組充滿海綿狀灰 鉛的鉛板，正極是一組充滿PbO?的鉛板。電解質(zhì) 是相對(duì)密度為1.25 ~1.30g/cm³的硫酸。放電時(shí)，H?SO?濃度降低，若低于1. 20g/cm³，充電后才能使用。鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。常用作汽車和柴油機(jī)車的啟動(dòng)電源，搬運(yùn)車輛、坑道、礦山車輛和潛艇的動(dòng)力電源以及變電站的備用電源。它的缺點(diǎn)是笨重、抗震性差，而且濃硫酸有腐蝕性。鉛酸蓄電池技術(shù)正在不斷改進(jìn)中，已有硅膠蓄電池和少維護(hù)蓄電池問(wèn)世。
鎳鎘電池比鉛酸電池昂貴，但堅(jiān)固耐用，質(zhì)量輕、體積小、抗震性好。除工業(yè)應(yīng)用外，可以用于電動(dòng)剃須刀、收錄機(jī)與小型計(jì)算器。這種電池的電壓大約為1.3V。
3.燃料電池
燃料電池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大約160年的歷史。與一般電池一樣，燃料電池是由陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)構(gòu)成。圖6-9給出了典型的(單個(gè))燃料電池的構(gòu)造。
在陽(yáng)極(負(fù)極)上連續(xù)吹充氣態(tài)燃料，如氫氣，而陰極(正極)上則連續(xù)吹氧氣(或空氣)，這樣就可以在電極上連續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生電流。
燃料電池具有以下特點(diǎn):
(1)能量轉(zhuǎn)化效率高，它直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)
化為電能，中間不經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料，電能轉(zhuǎn)換效率為45% ~ 60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約為30%~40%。
(2)有害氣體SO?、NO?及噪聲排放都很低，CO?排放因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，無(wú)機(jī)械振動(dòng)。
(3)燃料適用范圍廣。
(4)積木化強(qiáng)，規(guī)模及安裝地點(diǎn)靈活，燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電站，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適。
(5)負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高。燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電站離負(fù)荷可以很近，可以減少頻率偏移和電壓波動(dòng)，降低了現(xiàn)有變電設(shè)備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。
![2,2-雙[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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