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生活助手——电池
来源: 陕西省地质调查实验中心 | 作者:冯娟 | 时间:2021-10-20 16:17:40 | 人气:

  电能是现代社会使用最广泛的能源之一。针对电能的储能技术也是世界储能领域经久不衰的研究热点。电池可分为物理电源与化学电源,但大部分时候电池都是指化学电源。顾名思义,化学电源本身是通过化学反应释放或存储电能的。从微观角度上讲,电能的直接来源是电源内部化学反应向外释放的大量电子。化学电源的显著特点之一是其转换效率要远高于单纯的燃料燃烧。

  电池概念

  原电池:通过氧化还原反应,不可逆的将化学能转变成电能的装置。

  一次电池:只可放电而不可充电的电池。

  二次电池:可反复进行充放电的电池。

  干电池:与湿电池相对,主要指使用不可流动的糊状电解质的电池。

  湿电池:与干电池相对,主要指使用可流动的液态电解质的电池。

  常见的电池

  伏打电堆

  伏打电堆是可确认的最早被发明出的电池,由亚历山德罗·伏打在1799年发明。伏打电堆的正极是铜或银,负极是锌,其间以浸透稀硫酸或卤水的布或纸板作为电解质层,放电时发生典型的铜锌原电池反应。其称作“电堆”的原因是,伏打电池是由多个单体电池单元重复堆放构成的电池组。至今“电堆”这个概念也仍然在燃料电池等领域。

  正极:2H++2e-→H2

  负极:Zn→Zn2++2e-

  碱性锌锰干电池

  碱性锌锰干电池是以锌为负极,二氧化锰为正极,氢氧化钠或氢氧化钾为电解质制成的电池。

  一种常见的电池构型为:内部为胶状锌粉糊,外部为含有二氧化锰、碳粉及电解质的正极糊。碱性锌锰干电池是日常生活中应用最广的一类干电池。

  正极:2MnO2+2H2O+2e-→2MnO(OH)+2OH-

  负极:Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e-

  铅酸电池

  铅酸电池是以铅为负极,二氧化铅为正极,稀硫酸为电解质制成的二次电池。

  铅酸电池中,正负极板交替布置,正极板上的活性物质是深棕色的二氧化铅;负极板上的活性物质是青灰色的海绵状纯铅。铅酸电池是一种非常成熟的电池,广泛用于汽车、电动车中,也就是我们通常所说的“电瓶”。

  正极:PbO2+4H++SO42-+2e-→PbSO4+2H2O

  负极: Pb+SO42-→PbSO4+2e-

  锂离子电池

  常见锂离子电池是以石墨为负极,钴酸锂为正极,含锂有机溶液为电解液制成的二次电池。锂电池在充放电时,锂离子会在正负极间不断迁移,类似摇椅,因此锂电池也被称为“摇椅式电池”。由于其较高的容量、安全性,锂电池已被广泛应用于手机、电脑、移动设备等3C产品中。

  阳极:LiCoO2→ Li1-xCoO2+ xe- + xLi+

       阴极:6C+xe-+xLi+→LixC6

  2021年全国“两会”期间,十三届全国人大四次会议表决通过了关于“十四五”规划和2035年远景目标纲要的决议,多次提出建设完整强大的新能源供应体系。

  在今年两会中,“碳达峰”“碳中和” 概念备受瞩目。结合到我国的新能源占能源总量的比重,推算可知,我国的风电、光伏产能至少还有15-25倍的增长空间。“十四五”规划指出,我国新能源体系的发展方向将以科研、产业、国防为主,为新能源行业指明了未来的发展路线与潜藏机遇。