电化学的基本概念

电化学的基本概念，讲述了电化学的基本概念中放电制度、能量与能量比、功率与比功率、电池的储存性能与自放电等内容知识。

电化学基本概念

• 化学电源的电性能
  • 电动势
    • 开路，正负极平衡电极电位差
      • E=
      • E=
      • △G=—nEF【F=96500】
  • 开路电压
    • 两级间所连的外线路处于开路时电极电势之差
    • 正负极都处于热力学平衡态→开路电压＝电动势
  • 区别
    • 平衡电极电势与外界没有电子交换
    • 电极氧化还原完全可逆，速率相等
  • 电池的内阻
    • 欧姆内阻
      • 组成
        • 电极本身内阻
        • 电解质溶液电阻
        • 隔膜电阻
        • 离子通过微孔的阻力
      • 造成电压损失符合欧姆定律
    • 极化内阻
      • 电极极化所相当的内阻
      • 不遵守欧姆定律
        • 随通过电流增加而增加
        • 不是常数，随放电时间与制度变化
      • 影响因素
        • 物质特性：颗粒大小、形状、晶型
        • 电极物料组成：导电剂
        • 电解液、隔膜、电极结构
• 放电制度
  • 放电方式
    • 恒电阻放电
    • 恒电流放电
    • 恒功率放电
  • 物理量
    • 放电电流A
    • 时率
      • 一定放电电流，放完测定容量，所需时间
      • t=C/i【C容量（单位Ah）】
    • 倍率（C rate）
      • 放电电流数值为额定电流数值的几倍【xC】
    • x = 1/t
  • 终止电压
    • 电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压
  • 放电温度
    • 温度低，工作电压下降快
      • 温度低，离子运动速度慢，欧姆电阻增大
      • 温度低，电化学极化、浓差极化增大
• 容量与比容量
  • 容量
    • 概念
      • 一定放电条件下从电池获得的电量(Ah)
      • 必须指出：电流、终止电压、温度
      • 1A•h=1000mA•h=3600A•s=3600库仑
    • 理论容量
      • 活性物质全部参与电池成流反应所给出的电量
      • Q=nzF—→C=nZF【单位c库仑】=nZ(F/3600)=26.8nZ【单位Ah】
      • 电化当量
        • 放出1Ah电量所需活性物质质量
        • K=M/(26.8n)【单位g/Ah】
    • 实际容量
      • 一定放电制度下实际输出电量
        • 恒流放电
          • C实= It
        • 恒阻放电
          • C实= ∫ I dt =（1/R）∫ V dt
        • 恒功率放电
          • C实 = ∫ I dt
    • 额定容量
    • C理论＞C实际＞C额定
  • 比容量
    • 单位质量或体积电池所给出的容量
      • 质量比容量
      • 体积比容量
• 能量与比能量
  • 能量
    • 一定放电制度下对外做功输出的能量（Wh）
    • 理论能量
      • 放电始终处于平衡状态，放电电压保持电动势，活性物质100%利用
      • W = —△G= —nEF = CE
    • 实际能量
      • 电池在一定放电条件下实际给出的电能量
      • W = C•U
  • 比能量
    • 单位质量或体积电池所放出的能量
    • 体积比能量
    • 质量比能量
      • W = CE/G
        • G只包含参加反应的物质
        • 1000g/kg W = CE/G = --------------------- (K正+K负+K液)g/Ah
• 功率与比功率
  • 功率
    • 单位时间内电池输出的能量
  • 比功率
    • 单位质量或体积电池输出的功率
• 电池的储存性能与自放电
  • 原因
    • 主要发生在负极（腐蚀微电池）
    • 正极上也存在自放电
    • 正极活性物质从电极上溶解，在负极还原引起自放电
    • 杂质的氧化还原引起正负极活性物质的消耗
  • 自放电表示方法
  • 降低电池自放电的措施
    • 采用高纯度原材料
    • 负极中加入高氢过电位金属
    • 电极或电解液中加入缓蚀剂
    • 低温储存
  • 二次电池的循环寿命
    • 活性物质晶型改变
    • 充放电电极活性表面积减小，使真实电流增大，极化增大
    • 活性物质脱落或转移
    • 材料与骨架发生腐蚀
    • 电池内部短路
    • 隔膜损坏