化學(xué)電源的應(yīng)用

1、化學(xué)電源的應(yīng)用學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院班級(jí):應(yīng)化*-*JL*JL*姓名:戶.乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂乂/y指導(dǎo)老師：*教授*A*A*A*A*A*A*A*A*A*p*p*化學(xué)電源的應(yīng)用在各種能源裝置中，化學(xué)電源的主要特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)、使用方便、無(wú)噪聲、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，十分之一克直至噸級(jí)的電池有基本相同的轉(zhuǎn)換效率，廣泛用于通訊、國(guó)防以及人們?nèi)粘Ｉ畹雀鱾€(gè)領(lǐng)域。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,通訊技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)的日新月異,高能化學(xué)電源成為電子產(chǎn)品的原動(dòng)力.化學(xué)電源即化學(xué)電池,通稱電池.早在遠(yuǎn)古時(shí)代,就有了類似今天的電池裝置，但人們公認(rèn)的第一個(gè)電池還是Volta在1800年利用不同金屬與電解質(zhì)接觸所構(gòu)成的“Votal堆”，電池技

2、術(shù)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展始于19世紀(jì).1860年，法國(guó)人Plante首次發(fā)明了實(shí)用的鉛蓄電池，并于1882年商品化，這種電池至今仍是蓄電池的主導(dǎo)產(chǎn)品之一；1868年，法國(guó)工程師Gleclanche發(fā)明了采用NH4Cl水溶液作電解質(zhì)溶液的鋅/二氧化錳電池，而成為當(dāng)今使用最廣泛的鋅錳電池的雛形（又稱lecclanche），這種電池于1888年商品化;19世紀(jì)末20世紀(jì)初，鎘鎳、鐵鎳等堿性蓄電池系列相繼問世；20世紀(jì)90年代，電子技術(shù)、移動(dòng)通訊事業(yè)的進(jìn)步推動(dòng)了電池產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的高速發(fā)展，金屬氫化物鎳電池、鋰離子等新型蓄電池系列不斷商品化.電動(dòng)車的發(fā)展促進(jìn)了鋅空氣、鋅鎳、燃料等系列取得突破性進(jìn)展1.隨著科學(xué)技術(shù)

3、的不斷進(jìn)步，新的電池系列越來(lái)越多.因而，化學(xué)電源是一門古老而又年輕的科學(xué)2.化學(xué)電源發(fā)展的基礎(chǔ)18從歷史發(fā)展來(lái)看，化學(xué)電源是依賴于汽車、電器、電力、電訊的發(fā)展而發(fā)展，隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們生活水平的提高，電器產(chǎn)品及電訊工具和人們密不可分，因而為電器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ).1電池隨社會(huì)的需求而出現(xiàn)，隨著科技的進(jìn)步而發(fā)展電池雖然經(jīng)歷了兩個(gè)世紀(jì)，然而在20世紀(jì)前幾十年，電池理論和技術(shù)還處于停滯時(shí)期，直到上個(gè)世紀(jì)50年代，家庭電器化特別是半導(dǎo)體收音機(jī)的出現(xiàn)才帶動(dòng)了干電池的發(fā)展.60年代半導(dǎo)體的普及，促進(jìn)了紙板電池的發(fā)展.70年代LED、LCD和CMOSIC計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，促進(jìn)了電池的微型化.90年代隨著移動(dòng)電話

4、的出現(xiàn)出現(xiàn)了高能量密度鋰離子電池以及MH/Ni電池的商品化.同樣，電池隨著航空航天的要求使以往設(shè)想的燃料電池達(dá)到實(shí)用化.2電池的進(jìn)步，很大程度上取決于材料的進(jìn)展堿錳電池的興起，得益于電解二氧化錳，這的確是為了電池的需要引起的.但MH/Ni電池的興起，吸氫材料的研究開始并非為了電池的需要.鋰離子電池的開發(fā)有賴于碳素的研究，而導(dǎo)電聚合物材料的研究有可能改變固態(tài)電解質(zhì)電池的面貌3.1.3電池的需用量是受使用電池器具的消費(fèi)量所左右90年代的4C工業(yè)（計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、攝像機(jī)以及無(wú)繩工具）的普及，日常生活對(duì)電池的需要已到了須臾不可分離的地步.據(jù)報(bào)道，世界人口年均電池消耗量已達(dá)68只，而發(fā)達(dá)國(guó)家的年人均消

5、費(fèi)量超過20只.因此電池的發(fā)展必須能趕上電器用具的發(fā)展.形狀或方或圓，厚度或薄或厚，功率密度與能量密度或高或低，體積或大或小，質(zhì)量或輕或重，用途可軍可民，溫度適應(yīng)或高或低，承受沖擊力可大可小，總之在20世紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化有可能向非標(biāo)準(zhǔn)化邁進(jìn).化學(xué)電源的種類1鋅-二氧化錳電池鋅-二氧化錳電池(簡(jiǎn)稱鋅錳電池)采用二氧化錳作正極,鋅作負(fù)極,氯化銨和氯化鋅的水溶液作電解質(zhì)溶液,面糊粉或漿層紙作隔離層.鋅錳電池的電解質(zhì)溶液通常制成凝膠狀或被吸附在其他載體上,而成不流動(dòng)狀態(tài),所以又稱“干電池”.鋅錳電池常按用電器具的要求制成圓柱形和方形;按使用隔離層的區(qū)別分為糊式電池和紙板電池(包括銨型紙板電池和鋅型紙板電池)

6、.鋅錳電池適合小電流間歇放電,如收音機(jī)、手電筒等,是歷史最悠久的電池產(chǎn)品4.目前,該產(chǎn)品仍然是民用電池的主導(dǎo)產(chǎn)品之一.堿性鋅-二氧化錳是20世紀(jì)中期在鋅錳電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,是鋅錳電池的改進(jìn)型.它采用活性高的專用電解二氧化錳作正極活性物質(zhì),氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)溶液,鋅膏作負(fù)極,電池采用反極結(jié)構(gòu),使電化學(xué)反應(yīng)面積成倍增長(zhǎng),大電流連續(xù)放電,其容量是普通鋅錳電池的5倍左右.堿性鋅錳電池分為一次堿性鋅錳電池和可充堿性鋅錳電池,該電池也可根據(jù)用電器具的需要制成圓柱形和紐扣型.20世紀(jì)90年代初,堿性鋅錳電池?zé)o汞化技術(shù)的突破和可充電的實(shí)現(xiàn),使該產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步加強(qiáng),在20-30年之內(nèi),有著不可完全

7、取代的原電池地位.目前,“南孚”、“雙鹿”、“白象”等品牌達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)速率最高200只/min5.2.2鉛蓄電池鉛蓄電池具有價(jià)格低廉,原料易得,使用可靠,又可大電流放電等優(yōu)點(diǎn),因此,一直是化學(xué)電源中產(chǎn)量大、應(yīng)用廣的產(chǎn)品.由正極板、負(fù)極板、電解液、隔板和容器(電解槽)等5個(gè)部分組成.采用二氧化鉛作正極活性物質(zhì),鉛作負(fù)極活性物質(zhì),硫酸作電解液,微孔橡膠、燒結(jié)式聚氯乙稀、玻璃纖維、聚丙烯等作隔板.按用途可分為起動(dòng)用、牽引用、鐵路客車用、內(nèi)燃機(jī)車用、船舶用、航空用、潛艇用、魚雷用、坦克用等種類;接極板結(jié)構(gòu)可分為涂膏式、管式和形成式等;按荷電狀態(tài)等可分為干放電態(tài)、干荷電態(tài)、濕荷電態(tài)和免維護(hù)等;按電

8、池的外形結(jié)構(gòu)可分為開口式、閥控密閉式、防酸隔爆式和消氫式等6.該電池具有工作電壓高、高倍率放電性能和高低溫性能好、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),但其比能量較低,廢棄電池對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,隨著各種新系列蓄電池的不斷問世,其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄿p少.3鎳鎘電池金屬氫化物鎳電池鎘鎳電池是1898年瑞典科學(xué)家Jungner發(fā)明，已有100年歷史.它的負(fù)極是金屬鎘(Cd)，正極是二氧化鎳(NiO2)，電解液是氫氧化鉀(KOH)溶液.鎘鎳電池的性能特點(diǎn):電池結(jié)構(gòu)緊湊，耐沖擊振動(dòng)，自放電小，性能穩(wěn)定，可大電流放電，循環(huán)壽命長(zhǎng),使用溫度范圍-2065C.但電流效率及能量效率欠佳，活性物質(zhì)利用率較低，有記憶效應(yīng).為了解決金屬鎘對(duì)環(huán)

9、境的污染問題，人們找到了一種可替代金屬鎘的氣態(tài)氫化物，制成氫化物鎳電池.該電池是鎘鎳電池的換代產(chǎn)品，是以金屬氫化物作負(fù)極，氧化鎳作正極的堿性蓄電池.它具有以下特點(diǎn):比能量高，是Cd-Ni電池的1.52倍;工作電壓為1.23V,與Cd-Ni電池有互換性;可快速充放電，耐過充、過放性能優(yōu)良，無(wú)記憶效應(yīng)，貯氫材料來(lái)源廣泛;不產(chǎn)生鎘污染，被譽(yù)為“綠色電池”.開發(fā)“綠色電池”已越來(lái)越成為電池產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，我國(guó)稀土資源十分豐富，開發(fā)我國(guó)無(wú)污染的“綠色電池”大有前途7.上述兩種電池按封口的方法可分為開口式、密封式、全密封式;按照電極的制作分為袋式、粘結(jié)式、燒結(jié)式和泡沫式等.2.4鋰電池以金屬鋰或鋰的化合

10、物作活性物質(zhì)的電池通稱鋰電池.鋰電池有卷式圓柱形、電芯式圓柱形、扣式和矩形等多種結(jié)構(gòu)，可分為一次鋰電池和二次鋰電池，一次鋰電池通常以金屬鋰作負(fù)極，采用的電解質(zhì)溶液都為非水電解質(zhì)溶液，在有機(jī)溶劑中加入無(wú)機(jī)鹽使之導(dǎo)電.一次鋰電池存在安全性較差、功率低、成本高等不足.一般用于小電流放電的微型電器,如電子手表、計(jì)算器、電子照相機(jī).鋰離子電池是在鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型電池.該電池用能使鋰離子嵌入和脫嵌的碳材料代替純鋰作負(fù)極,LiCoO2、LiNiO2、LiMn204等作正極，混和電解液如LiPF6的碳酸乙酯/碳酸甲乙酯溶液等作電解質(zhì)溶液，既保持了高電壓、高容量的優(yōu)點(diǎn),又具有比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全

11、性能好、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、便攜式視聽設(shè)備、筆記本電腦等高檔電器中,是目前最具有發(fā)展前途的小型二次電池8.鋰聚合物電池是采用固態(tài)聚合物作電解質(zhì)的鋰離子電池,具有比能量大、超薄、超輕、柔軟等特性,可實(shí)現(xiàn)電池的自由切割,又能以大電流放電.可用于通訊、便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)車、軍事、航天、航海設(shè)備9,隨著該電池一些技術(shù)問題的解決，其應(yīng)用范圍將更加廣泛，發(fā)展前景將更加廣闊.5鋅銀電池以鋅作負(fù)極活性物質(zhì)、AgO/Ag20作正極活性物質(zhì)的電池稱為鋅銀電池.鋅銀電池亦分為一次鋅銀電池和鋅銀蓄電池兩類.鋅銀一次電池適用于小電流連續(xù)放電的微型器具，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、微型電子儀器等小型電子器

12、具.鋅銀蓄電池主要用于軍事、國(guó)防、尖端科技領(lǐng)域10，如衛(wèi)星電源、航天起動(dòng)電源、導(dǎo)彈用電源、魚雷動(dòng)力電源11、軍用殲擊機(jī)隨航應(yīng)急電源等.化學(xué)電源發(fā)展的方向1未來(lái)小型電池的前景十分樂觀據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)2003年美國(guó)人均年耗電池21只，日本人均16只，歐洲為11只，我國(guó)僅為6只，而美洲3只不到.隨著科技日益發(fā)展，對(duì)生活水平提高，將有多種形式的電器開拓而進(jìn)入千家萬(wàn)戶，這將促進(jìn)小型電池的大量發(fā)展，人均將增加0.54只不等，即需增產(chǎn)電池?cái)?shù)十億只，電池前景十分樂觀.3.2大型電池和中型電池的前景十分誘人由于人類環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)及石油的短缺，未來(lái)的汽車勢(shì)必采用電動(dòng)汽車.當(dāng)前汽車所用的電池，其用途只作為起動(dòng)、點(diǎn)火、照明

13、，需用量已在2億只以上.如作為汽車動(dòng)力用途，至少每輛車用8只以上，將形成供不應(yīng)求的局面，前景十分誘人12.3.3動(dòng)力電池動(dòng)力電池是指具有較大電能容量和輸出功率，可用作電動(dòng)汽車、電動(dòng)設(shè)備及工具驅(qū)動(dòng)電源的電池，通常也包括軍事及企事業(yè)單位使用的蓄能電池設(shè)備、通信指揮系統(tǒng)的常備電源等16。目前，正在研究和已經(jīng)使用的動(dòng)力電池可分為五類鉛酸蓄電池、鎳福電池、鎳氫電池、鏗離子電池和燃料電池。動(dòng)力電池之所以成為當(dāng)今世界的研究熱點(diǎn)，主要是因?yàn)槠嚧罅吭黾樱鞘写髿馕廴救找婕觿⊥瑫r(shí)，可開采利用的石油資源越來(lái)越少，迫使各國(guó)在尋找新能源，發(fā)展新的交通工具方面加快步伐，動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的發(fā)展被放在越來(lái)越重要的位置。3

14、.4核電池核電池是利用射線能量發(fā)電，大體上可分為直接和間接兩種，也可按能量轉(zhuǎn)換過程分為熱轉(zhuǎn)換機(jī)制和非熱轉(zhuǎn)換機(jī)制兩大類。其工作原理基本上有以下幾種直接充電機(jī)制接觸勢(shì)方法輻射伏特效應(yīng)能量轉(zhuǎn)換磁約束下粒子電磁輻射收集機(jī)制射線致熒光伏特效應(yīng)溫差發(fā)電機(jī)制熱離子發(fā)射機(jī)制熱機(jī)轉(zhuǎn)換機(jī)制等。俄羅斯與美國(guó)等已將核電池用于心臟起搏器、無(wú)人氣象站和無(wú)線電話等更為廣泛的領(lǐng)域，并且開發(fā)出大功率熱機(jī)制核電源，用于火箭的動(dòng)力和航天器的電源17。此外，鈉硫電池工作溫度350C左右、鈉氯化鎳電池工作溫度300350C之間、銼鋁二硫化鐵電池工作溫度約為400C,這些高溫電池性能雖好，但由于需要加溫、保溫和控溫等附加設(shè)備,使其體積比

15、能量下降同時(shí),高溫工作電池的安全性總不能令人放心，因此還在進(jìn)一步研制之中。3.5燃料電池燃料電池像發(fā)電廠一樣只要供應(yīng)燃料氫就能發(fā)電，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的效率約為一，比發(fā)電廠的轉(zhuǎn)化率高得多。二十世紀(jì)六十年代阿波羅飛船使用了燃料電池，生成對(duì)的水供宇航員喝。燃料電池電站的規(guī)模已達(dá)到一兆瓦。但至今燃料電池還處在研究階段，投入的資金非常多。研究集中于然料電池電站和嫩料電池開車兩個(gè)方面。但由于氫的安全和價(jià)格太貴還未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。研究甲醇、氨作為燃料，裂解成氫或用貯氫材料貯氫來(lái)解決氫的安全性問題，在燃料電池中使用的催化劑為鉑和釘貴金屬，價(jià)格高。研究減少催化劑的用量及其它催化劑的工作正在進(jìn)行。江蘇南師大與雙燈合作

16、，研究低溫燃料電池。4結(jié)論總之，無(wú)論是最有發(fā)展前景的新型綠色二次電池和燃料電池，還是具有巨大市場(chǎng)容量的傳統(tǒng)產(chǎn)品的改進(jìn)，都存在廣闊的研發(fā)和創(chuàng)新空間。由于電子技術(shù)、通訊事業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展及國(guó)際上對(duì)環(huán)境和資源保護(hù)的日益重視，促使化學(xué)電源產(chǎn)品向高容量、高性能、低消耗、無(wú)公害、體積小和重量輕的方向發(fā)展。小型二次高能電池朝著這個(gè)方向飛速前進(jìn)，將成為世紀(jì)世界科技中一顆璀璨的明珠。我國(guó)自改革開放以來(lái)，電池工業(yè)和技術(shù)，各類新型電池的研究和開發(fā)，都取得長(zhǎng)足進(jìn)步，打下了一定的基礎(chǔ)。相信我國(guó)的電池科技工作者一定能抓住加入的機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，銳意創(chuàng)新，在不久的將來(lái)創(chuàng)造出具有我國(guó)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，新技術(shù)，新材料以

17、及新的生產(chǎn)裝備。參考文獻(xiàn)1王金良，馬扣祥.化學(xué)電源科普知識(shí)J.電池工業(yè),2000,.2夏熙.中國(guó)化學(xué)電源五十年(1)-鋅/二氧化錳J.電池，1999，(5).3夏熙.邁向21世紀(jì)的化學(xué)電源J.電池,2000,.4王金良，馬扣祥.化學(xué)電源科普知識(shí)J.電池工業(yè),2000,.5王毓明,王堅(jiān).高能電池當(dāng)代化學(xué)電源J.大學(xué)化學(xué),2000,(5).6肖曉軍，高劍南.幾種發(fā)展中的化學(xué)電源簡(jiǎn)介J.知識(shí)介紹,1999,(7).7張繼元.我國(guó)化學(xué)電源工業(yè)發(fā)展的方向J.電池工業(yè),1996,(1).8曹云平.鋰離子蓄電池的進(jìn)展J.化工縱橫,2000,(11).9游清治.鋰在高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用及進(jìn)展J.新疆有色金屬,2003,(4).10汪繼強(qiáng).化學(xué)電源技術(shù)發(fā)展和展望J.電源技術(shù),1994,.11碚華,夏天.魚雷動(dòng)力電池研究進(jìn)展J.魚雷技術(shù),2005,(2).12張繼元.我國(guó)化學(xué)電源工業(yè)發(fā)展