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化學電源原理


銅臭 / 2022-07-23

  化學電源是一種將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。按其工作特點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，再進行充電使其恢復辦原狀，從而能再放電的電池。由于在充電過程中電能以化學能的形式儲蓄在電池里，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極，MnO?為正極，碳棒僅起導電體作用。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)是因為NH?CI的導電度較大，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(使溶液失去流動性，便于電池的使用和運輸)。電池的端電壓，正常時為1.5伏，使用較長時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，發(fā)生下列反應:
  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已裝有比重約為1.05稀H?SO?的蓄電池進行充電。充電時，把兩組鉛板分別和直流電源的負極和正極相連，如圖10-14所示。電流通過蓄電池的兩極反應如下:

  A板(負極): 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，鉛蓄電池中每對電極，即每個電池的電動勢約為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
  放電時蓄電池即成為原電池，兩極上的反應是:
  負極(A板): Pb-2e+SO?²?=PbSO?
  正極( B板):PbO?+4H?+SO?²?+2e=PbSO?+2H?O
放電時兩極上的反應恰為充電時兩極反應的逆反應?？偟碾姵胤磻獮?

  放電時正極和負極都變成PbSO?，同時隨著放電時H?SO?的消耗，溶液的比重降低。當溶液比重降到大約1.05或每對電極間電壓下降到1.7伏(此數(shù)值隨不同的放電情況以及電池的型號而略有不同)左右時，就應停止使用，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;但缺點是較笨重，保養(yǎng)要求嚴格，如果長期不用或長期不充電，蓄電池就會被損壞。
  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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