(化学)化学电源性质总结
根据化学知识,金属甚至非金属,只要化学性质有差异,都能做成电池。然而商用的化学电池,却并不能随心所欲地选择电池材料:例如铜-锌(硫酸)原电池,内阻大而且负极会自反应,只能在实验室里用来实验,完全不能实用。所以常用电池材料并不多 下面列举几种常见电池。1、碱性/炭性电池:最常见的一次性电池。炭性电池其实是铜锌电池的改进版,利用碳棒和汞的过电位抑制氢气的析出,利用MnO2吸收氢气,利用铵盐代替硫酸,避免负极的自反应。然而铵盐毕竟呈酸性,还是会慢慢腐蚀负极,造成臭名昭著的漏液现象。此外炭性电池还是受到析氢的影响,内阻很大。不过炭性电池价格低,还是很受欢迎的。碱性电池相比之下,利用KOH作为电解液,采用锌粉扩大了负极面积,外壳采用坚硬的钢桶,内阻下降,性能大幅提升,然而还是会有漏液、自放电的发生。
2、锂电池与钠电池:轻巧、大能量的二次电池。锂与钠,都是脾气暴躁的金属,b站上把钠扔到河里取乐的视频很多,从中便可看出这两种金属可怕的性质以及巨大的能量。锂电池一般不使用纯锂作为负极,因为锂在电解时会产生枝晶,刺破电池隔膜,造成巨大的安全隐患。锂电池的负极一般使用石墨等吸附锂离子,或者使用磷酸铁锂等晶体吸附锂离子。
锂的价格很昂贵,因此钠受到人们的注意。现阶段钠电池仍然有许多问题,并且其比能量永远无法超过锂电池。但是仍然有代替铅酸电池的可能性。
锂电池不需要注意充电时机,满电、没电都可以充,但是不能在电压过低时充电,否则锂电池会报废。
锂与钠过于活泼,电池一旦失控后果极其严重。锂电池在电梯里自燃造成的火灾已经夺去多人生命,最近韩国一个电池厂着火,使得中 国员工死亡。我们必须警惕锂电池(未来还有钠电池)的危险性。
3、铅酸电池:耐恶劣环境的二次电池。铅具有独特性质,首先其与硫酸生成不溶化合物PbSO4,其次铅的二氧化物很难析氢。这就天然地形成了一个性能优异的电池。铅酸电池没有什么精巧的结构,体积也很大,因此不太容易损坏,也不容易自燃,内阻也较小,适合驱动大功率电器。铅的毒性很强,二次回收不当会严重污染环境,然而铅又是储量很少的金属,必须二次回收,因此铅酸电池必须妥善处理。
与干电池类似,铅酸电池久置也会导致负极与电解液反应,造成硫化现象。铅酸电池的硫化,可以修复,但是依然会大大缩短寿命。
4、超级电容。超级电容严格意义上不属于电池。因为其原理是电容充放电。由于电荷只是吸附在了电极上,而不是发生化学反应,因此能量密度低。但是超级电容放电内阻很小,因此广泛用于各种大电流短时间放电场合。
5、各种纽扣电池。纽扣电池有很多种,例如银锌、锂电池。纽扣电池体积小,有一次性的也有可充的。遗弃会严重污染环境。
6、燃料电池。这种电池尚未民用化,都是工业区在用。燃料电池比较成熟的是氢氧燃料电池,用于特殊场合的供电。燃料电池往往需要特殊催化剂(例如铂),价格很昂贵。而且很多品种的电池不成熟,容易失效,体积大。因此燃料电池很少民用,离我们最近的应用应该是某些氢能大巴车。
7、镍电池:适合特殊应用的二次电池。有多久没有听到镍氢电池和镍镉电池的名字了?镍电池的优点是安全、环保,但镍电池无论是能量密度、电压都无法与锂电池相比,镍镉电池还有“记忆效应”,不能随意充电。不过因为其安全性,还是有一些应用。 一次性电池基本上就是个氧化还原反应原理,关键就是负极的自溶解与正极的极化问题。50年代前苏联爱好者们自制了不少电池,还是甲乙电源给直流电子管收音机供电的。现在半导体技术的发展使耗电大大减低,在家DIY组末日电池也不是难事。我实验了用不花钱的办法废物利用做了海水电池,听收音机还是可以的。这里电解质是海水,负极是易拉罐与废铝,正极是小区换下来的饮水机活性炭,正极利用活性炭吸附空气中的氧气去极化。电池组短路电流有50多mmA,输出20-30mm电流能续航24小时。之后更换海水休息一下还可以使用。
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