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电池的原理

发布者:管理员 发布时间:2012-09-13 09:38 浏览次数 :

在化学电池中,化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化还原等化学反应的结果,这种反应分别在两个电极上进行负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成,如锌镉铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成,如二氧化锰二氧化铅氧化镍等金属氧化物,氧或空气,卤素及其盐类,含氧酸及其盐类等电解质则是具有良好离子导电性的材料,如酸碱盐的水溶液,有机或无机非水溶液熔融盐或固体电解质等当外电路断开时,两极之间虽然有电位差(开路电压),但没有电流,存储在电池中的化学能并不转换为电能当外电路闭合时,在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路同时在电池内部,由于电解质中不存在自由电子,电荷的传递必然伴随两极活性物质与电解质界面的氧化或还原反应,以及反应物和反应产物的物质迁移电荷在电解质中的传递也要由离子的迁移来完成因此,电池内部正常的电荷传递和物质传递过程是保证正常输出电能的必要条件充电时,电池内部的传电和传质过程的方向恰与放电相反;电极反应必须是可逆的,才能保证反方向传质与传电过程的正常进行因此,电极反应可逆是构成蓄电池的必要条件为吉布斯反应自由能增量(焦);F为法拉第常数=96500库=26。8安·小时;n为电池反应的当量数这是电池电动势与电池反应之间的基本热力学关系式,也是计算电池能量转换效率的基本热力学方程式实际上,当电流流过电极时,电极电势都要偏离热力学平衡的电极电势,这种现象称为极化电流密度(单位电极面积上通过的电流)越大,极化越严重极化现象是造成电池能量损失的重要原因之一极化的原因有三:由电池中各部分电阻造成的极化称为欧姆极化;由电极-电解质界面层中电荷传递过程的阻滞造成的极化称为活化极化;由电极-电解质界面层中传质过程迟缓而造成的极化称为浓差极化减小极化的方法是增大电极反应面积减小电流密度提高反应温度以及改善电极表面的催化活性。

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