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電池的工作原理有哪些?

發(fā)布時間:2022-05-29 瀏覽:5215

在化學電池中,化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁强侩姵貎?nèi)部自發(fā)進行氧化、還原等化學反應的結(jié)果,這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質(zhì)由電位較負并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成,如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。

正極活性物質(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成,如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物,氧或空氣,鹵素及其鹽類,含氧酸及其鹽類等。電解質(zhì)則是具有良好離子導電性的材料,如酸、堿、鹽的水溶液,有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)等。當外電路斷開時,兩極之間雖然有電位差(開路電壓),但沒有電流,存儲在電池中的化學能并不轉(zhuǎn)換為電能。

當外電路閉合時,在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內(nèi)部,由于電解質(zhì)中不存在自由電子,電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還原反應,以及反應物和反應產(chǎn)物的物質(zhì)遷移。電荷在電解質(zhì)中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此,電池內(nèi)部正常的電荷傳遞和物質(zhì)傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時,電池內(nèi)部的傳電和傳質(zhì)過程的方向恰與放電相反;電極反應必須是可逆的,才能保證反方向傳質(zhì)與傳電過程的正常進行。

因此,電極反應可逆是構(gòu)成蓄電池的必要條件。G為吉布斯反應自由能增量(焦);F為法拉第常數(shù)=96500庫=26.8安·小時;n為電池反應的當量數(shù)。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關(guān)系式,也是計算電池能量轉(zhuǎn)換效率的基本熱力學方程式。實際上,當電流流過電極時,電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢,這種現(xiàn)象稱為極化。電流密度(單位電極面積上通過的電流)越大,極化越嚴重。極化現(xiàn)象是造成電池能量損失的重要原因之一。


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