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化學(xué)電源原理

銅臭 / 2022-07-23

化學(xué)電源是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。按其工作特點(diǎn)可分為一次電池和二次電池。一次電池是電池經(jīng)過放電以后不進(jìn)行再充電的電池，如日常生活中用的鋅錳干電池;二次電池就是電池放電以后，再進(jìn)行充電使其恢復(fù)辦原狀，從而能再放電的電池。由于在充電過程中電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)蓄在電池里，所以二次電池又叫蓄電池。下面介紹兩種常用的化學(xué)電源。

一、鋅錳干電池

鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)如圖10-13所示。電池的外殼鋅片為負(fù)極，MnO?為正極，碳棒僅起導(dǎo)電體作用。NH?CI、ZnCl?和面粉制成的糊狀混合物作為電解質(zhì)溶液。電池結(jié)構(gòu)為:

Zn|NH?CI·ZnCl?|MnO?C

負(fù)極: Zn-2e=Zn²?

正極: 2MnO?+2NH??+2H?O+2e=2NH?+2Mn(OH)?

用NH?CI和ZnCl?作電解質(zhì)是因?yàn)镹H?CI的導(dǎo)電度較大，ZnCl?有吸水性，加入它可阻止電解液變干。電解質(zhì)溶液中加入面粉是為了增加溶液的粘度(使溶液失去流動(dòng)性，便于電池的使用和運(yùn)輸)。電池的端電壓，正常時(shí)為1.5伏，使用較長時(shí)間后電壓便顯著下降。

二、鉛蓄電池

鉛蓄電池是使用歷史最早的電池，主要用在耗電量較大的設(shè)備上。它的電極是用鉛銻合金制成的柵狀極片，在極片的柵格中間填嵌著PbO和水的糊狀物，干燥后浸入含有稀H?SO?(比重1.22~1.28)的酸槽中。此時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng):

PbO+H?SO?=PbSO?+H?O

PbSO?附著在鉛板上。

使用前，必須先用外來直流電源對(duì)已裝有比重約為1.05稀H?SO?的蓄電池進(jìn)行充電。充電時(shí)，把兩組鉛板分別和直流電源的負(fù)極和正極相連，如圖10-14所示。電流通過蓄電池的兩極反應(yīng)如下:

A板(負(fù)極): PbSO?+2e=Pb+SO?²?

B板(正極): PbSO?+2H?O-2e= PbO?+4H?+SO?²?這樣隨著充電過程的進(jìn)行，PbSO?在 A板變成蓬松的金屬鉛，在B板變成PbO?，而在溶液中有H?SO?生成。因此，測(cè)定鉛蕾電池內(nèi)H?SO?溶液的比重可判斷充電的程度。充電完畢后，鉛蓄電池中每對(duì)電極，即每個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)約為2伏，H?SO?液的比重在1.22~1.28之間。充電后的蓄電池可表示為:

Pb|H?SO?|PbO?,Pb

放電時(shí)蓄電池即成為原電池，兩極上的反應(yīng)是:

負(fù)極(A板): Pb-2e+SO?²?=PbSO?

正極( B板):PbO?+4H?+SO?²?+2e=PbSO?+2H?O

放電時(shí)兩極上的反應(yīng)恰為充電時(shí)兩極反應(yīng)的逆反應(yīng)。總的電池反應(yīng)為:

放電時(shí)正極和負(fù)極都變成PbSO?，同時(shí)隨著放電時(shí)H?SO?的消耗，溶液的比重降低。當(dāng)溶液比重降到大約1.05或每對(duì)電極間電壓下降到1.7伏(此數(shù)值隨不同的放電情況以及電池的型號(hào)而略有不同)左右時(shí)，就應(yīng)停止使用，需重新充電。蓄電池的電壓高，放電情況穩(wěn)定，電能的輸出效率較高;但缺點(diǎn)是較笨重，保養(yǎng)要求嚴(yán)格，如果長期不用或長期不充電，蓄電池就會(huì)被損壞。

把幾組電池串聯(lián)，就可獲得較高的電壓，市售的鉛蓄電池有6伏、12伏和24伏等多種規(guī)格。

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