化學(xué)電源俗稱�電池,是一種利用物�(zhì)的化�(xué)反應(yīng)所釋放出來(lái)的能量直接轉(zhuǎn)化為電能的裝�。顧名思義,電池是裝電的電�,尤如水�,電池的電壓及容量類似于水池的水位高低和蓄水�。電池電壓的高低�(shuō)明電池可能對(duì)外釋放電能的多少,電池容量則�(shuō)明電池所貯存電量的多少。任何電池都由四�(gè)部分組成,即由電�、電解質(zhì)、隔離物�外殼組成�
電極是電池的核心部分,一般由活性物�(zhì)和導(dǎo)電骨架組�,活性物�(zhì)是能夠通過(guò)化學(xué)變化釋放出電能的物質(zhì),導(dǎo)電骨架主要起傳導(dǎo)電子和支撐活性物�(zhì)的作�。電池內(nèi)的電極又分為�(�)極和�(fù)(�)�。在電池�(biāo)�(shí)�(biāo)出�+”的一端為正極,標(biāo)出�-”的一端為�(fù)極�
電池使用�(guò)程電池放電過(guò)�,電池放電時(shí)在負(fù)極上�(jìn)行氧化反�(yīng),向外提供電�,在正極上�(jìn)行還原反�(yīng),從外電路接受電子,電流�(jīng)外電路而從正極流向�(fù)�,電解質(zhì)是離子導(dǎo)體,離子在電池內(nèi)部的正負(fù)極之間的定向移動(dòng)而導(dǎo)�,陽(yáng)離子流向正極,陰離子流向�(fù)�。電池放電的�(fù)極為�(yáng)�,放電的正極為陰�,在�(yáng)極兩類導(dǎo)體界面上�(fā)生氧化反�(yīng),在陰極的兩類導(dǎo)體界面上�(fā)生還原反�(yīng)。整�(gè)電池形成了一�(gè)由外電路的電子體系和電解�(zhì)液的離子體系�(gòu)成的完整放電體系,從而產(chǎn)生電能供��
在化�(xué)電池�,化�(xué)能直接轉(zhuǎn)�?yōu)殡娔苁强侩姵�?nèi)部自�(fā)�(jìn)行氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)的結(jié)�,這種反應(yīng)分別在兩�(gè)電極�(fù)極活性物�(zhì)由電位較�(fù)并在電解�(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成,如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或�?xì)浠衔锏?。正極活性物�(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組�,如二氧化錳、二氧化�、氧化鎳等金屬氧化物,氧或空�,鹵素及其鹽�,含氧酸及其鹽類等。電解質(zhì)則是具有良好離子�(dǎo)電性的材料,如酸、堿、鹽的水溶液,有�(jī)或無(wú)�(jī)非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)�。當(dāng)外電路斷�(kāi)�(shí),兩極之間雖然有電位�(�(kāi)路電�),但�(méi)有電�,存�(chǔ)在電池中的化�(xué)能并不轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)外電路閉合時(shí),在兩電極電位差的作用下即有電流流過(guò)外電路�
同時(shí)在電池內(nèi)�,由于電解質(zhì)中不存在自由電子,電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物�(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還原反應(yīng),以及反�(yīng)物和反應(yīng)�(chǎn)物的物質(zhì)遷移。電荷在電解�(zhì)中的傳遞也要由離子的遷移�(lái)完成。因�,電池內(nèi)部正常的電荷傳遞和物�(zhì)傳遞�(guò)程是保證正常輸出電能的必要條�。充電時(shí),電池內(nèi)部的傳電和傳�(zhì)�(guò)程的方向恰與放電相反;電極反�(yīng)必須是可逆的,才能保證反方向傳質(zhì)與傳電過(guò)程的正常�(jìn)�。因�,電極反�(yīng)可逆是�(gòu)成蓄電池的必要條�。按照熱力學(xué)原理,在等溫等壓�,電池體系所能輸出的功即體系的自由能增量�
式中E為電池電�(dòng)�(shì)(伏�;為吉布斯反�(yīng)自由能增�(�);F為法拉第常數(shù)=96500�(kù)=26.8安·小�(shí);n為電池反�(yīng)的當(dāng)量數(shù)。這是電池電動(dòng)�(shì)與電池反�(yīng)之間的基本熱力學(xué)�(guān)系式,也是計(jì)算電池能量轉(zhuǎn)換效率的基本熱力�(xué)方程�。實(shí)際上,�(dāng)電流流過(guò)電極�(shí),電極電勢(shì)都要偏離熱力�(xué)平衡的電極電�(shì),這種�(xiàn)象稱為極�。電流密�
(單位電極面積上通過(guò)的電流)越大,極化越�(yán)�。極化現(xiàn)象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三:①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極�;②由電極-電解�(zhì)界面層中電荷傳遞�(guò)程的阻滯造成的極化稱為活化極�;③由電極-電解�(zhì)界面層中傳質(zhì)�(guò)程遲緩而造成的極化稱為濃差極�。減小極化的方法是增大電極反�(yīng)面積、減小電流密�、提高反�(yīng)溫度以及改善電極表面的催化活性�
IEC�(biāo)�(zhǔn)即國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrical Commission),是由各�(guó)電工委員�(huì)組成的世界性標(biāo)�(zhǔn)化組織,其目的是為了促�(jìn)世界電工電子�(lǐng)域的�(biāo)�(zhǔn)�。其中關(guān)于鎳鎘電池的�(biāo)�(zhǔn)為IEC285,關(guān)于鎳氫電池的�(biāo)�(zhǔn)是IEC61436,鋰離子電池目前IEC�(biāo)�(zhǔn),一般電池行�(yè)依據(jù)的是SANYO或Panasonic的標(biāo)�(zhǔn)�
電池常用IEC�(biāo)�(zhǔn)有鎳鎘電池的�(biāo)�(zhǔn)為IEC602851999;鎳氫電池的�(biāo)�(zhǔn)為IEC614361998.1;鋰電池的標(biāo)�(zhǔn)為IEC619602000.11�
電池常用�(guó)家標(biāo)�(zhǔn)有鎳鎘電池的�(biāo)�(zhǔn)為GB/T11013_1996GB/T18289_2000;鎳氫電池的�(biāo)�(zhǔn)為GB/T15100_1994GB/T18288_2000;鋰電池的標(biāo)�(zhǔn)為GB/T10077_1998YD/T998_1999,GB/T18287_2000�
另外電池常用�(biāo)�(zhǔn)也有日本工業(yè)�(biāo)�(zhǔn)JIS C�(guān)于電池的�(biāo)�(zhǔn)及SANYOPANASONIC公司制定的關(guān)于電池企�(yè)�(biāo)�(zhǔn)�