化学电源

化学电源又称电池，是一种能将化学能直接转变成电能的装置，它通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能。常见的电池大多是化学电源。它在国民经济、科学技术、军事和日常生活方面均获得广泛应用。

化学电源

• 常见化学电源
  • 一次电地
    • 碱性锌锰电池
  • 二次电池
    • 铅酸蓄电池
    • 充放电
      • ①充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。
      • ②工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
  • 燃料电池
    • 氢氧燃料电池
      • 备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用
      • 碱性 2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
      • 酸性 2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O
      • 电池总 反应式 2H2＋O2===2H2O
    • 甲烷燃料电池
      • ①酸性介质(如H2SO4) 总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。 正极反应式：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
      • ②碱性介质(如KOH) 总反应式：CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O。 负极反应式：CH4－8e－＋10OH－===CO2－3＋7H2O。 正极反应式：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。
    • 氧气做正极
• 新型化学电源
  • 浓差电池
    • 离子交换膜
      • 作用
        • 能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
        • 能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
      • 阳离子交换膜只允许阳离子（包括H＋）通过
      • 阴离子交换膜只允许阴离子通过
      • 选择依据
        • 离子的定向移动。
      • 质子交换膜只允许H＋通过
    • 分析方法
      • 
        • 浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域，判断电池的正、负极，是解题的关键。
  • 物质循环转化型电池
    • 根据物质转化中，元素化合价的变化或离子的移动（阳离子移向正极区域，阴离子移向负极区域），判断电池的正、负极，是分析该电池的关键。
  • 锂电池与锂离子电池
    • 锂电池
      • 锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池的负极材料是金属锂或锂合金，工作时金属锂失去电子被氧化为i＋，负极反应均为Li-e＝＝＝Li＋，负极生成的Li＋经过电解质定向移动到正极。
    • 锂离子二次电池
      • 锂离子电池充电时阴极反应式一般为6C＋xLi＋＋xe＝＝LiC6；放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程：LiC6-xe＝＝6C＋xLi＋。
      • 锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理，替代了传统的“氧化一还原”理念；在两极形成的电压降的驱动下，L＋可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。
      • 锂离子电池的正极材料一般为含Li＋的化合物，目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。
  • 微生物电池
    • 微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在负极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递，并通过外电路传递到正极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到正极，氧化剂（一般为氧气）在正极得到电子被还原与质子结合成水。