搜索
第一章1化学电源的组成部分电极：有正极和负极电解质隔膜外壳另外还有一些连接附件。2电极的组成部分及各部分的作用和要求电极：有正极和负极,由活性物质和导电骨架组成活性物质:是正负极中参加成流反应的物质。正极活性物质：一般为电极电势较高的金属氧化物、氯化物、氟化物、硫化物等。如：MnO2,PbO2,O2,AgO,NiOOH负极活性物质：一般为电位较低的金属。如：Zn.Pb,H2,Li,Cd电解质电解质的作用:正负极间传递电荷；参加电极反应；建立电极电位。电解质的要求：比电导高，溶液欧姆压降小；对固体电解质，离子导电性好，电子绝缘；化学性质稳定好，不与活性物质发生反应；电化学稳定窗口范围宽；沸点高、冰点低，使用温度范围宽。隔膜隔膜的作用：防止电池正负极接触，内部短路，吸蓄电解液。隔膜的要求：电解质离子运动阻力小；电子的良好绝缘体；阻止电极上脱落的活性物质微粒；阻止枝晶的生长穿透。外壳是电池的容器。只有锌-锰干电池是锌电极兼作外壳。外壳的要求：机械强度高；耐振动；耐冲击；耐腐蚀；耐温差；美观3说出写出电池常用的粘结剂电极常用粘结剂有：聚乙烯醇（PVA）；聚四氟乙烯(PTFE)；羧甲基纤维素钠（CMC）；聚偏氟乙烯（PVDF）；丁苯橡胶(SBR)4、5见26使用电池组的目的是什么?电池组使用寿命的关键在哪里？7什么是电动势？如何求得？电动势是正负极均处于平衡状态时两极间电位差。电动势可以用能斯特方程计算。ΔGt,p=-nFE8什么是开路电压？与电动势有何不同？开路电压是外电路没有电流流过时电极之间的电位差（Voc）Voc=E–IRi9什么是工作电压？工作电压为何小于开路电压？工作电压是有电流通过外电路时，电池两极间的电位差。工作电压（V）又称为放电电压或负荷电压。10什么是终止电压？低温大电流工作时终止电压为何可以规定的低一些？电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压称为终止电压。一般在低温或大电流放电时，终止电压低些，因为这些情况下，电极极化大，活性物质得不到充分利用，电池电压下降较快。小电流放电时，终止电压规定高些。11什么是时率、什么是倍率？两者有何关系？时率：以放电时间（h）表示的放电速率。指以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数。倍率：以额定容量的倍数表示的放电速率。指电池在规定时间内放出其额定容量所需电流值。12电池的全内阻由哪几部分组成？什么是比电阻？电池全内阻=欧姆内阻+极化内阻13电极的固相电阻由哪几部分电阻构成？由电极材料、电解液、隔膜电阻、各部分零件的接触电阻组成。14什么是电化当量？理论基础是什么？公式表示？电化学当量是指在一个电极反应中，相当于1摩尔电子的参与反应物的质量。q=M/26.8n15理论容量如何计算？活性物质利用率如何计算？理论容量：Ct=26.8nm0/M=mt/q(q=M/26.8n为电化当量，mt-活性物质完全反应质量)16按电池贮存性质和工作方式电池分几类？各举几例按工作性质和贮存方式分作四类：一次电池（原电池）：锌-锰干电池、碱锰电池、锂电池、锌-氧化银电池、锌-汞、镉-汞电池。二次电池（蓄电池）：铅酸电池、镉-镍电池、金属氢化物-镍电池、锌-氧化银电池、锂离子电池。贮备电池（激活电池）：锌-氧化银电池、镁-氯化银电池、铅-高氯酸电池。燃料电池（连续电池）：氢-氧燃料电池、肼-空气燃料电池。17电池的放电方式有哪几种？由于负载特性不同，电池放电时基本上有两种方式：一种是恒电流放电；另一种是恒定电阻放电。对于纯电阻性负载，电池工作时为恒电阻放电。电池的工作方式为恒电阻放电时，电池的工作电压和放电电流均随访点时间的延长而下降；电池的工作方式为恒电流放电时，工作电压随访点时间的延长而下降18电池容量和比容量有哪几种？如何表示？理论容量：Ct=26.8nm0/M=mt/q(q=M/26.8n为电化当量，mt-活性物质完全反应质量)实际容量：C=It（恒流）；C=Vavt/R（恒阻）η=mt/m×100%；η=C/Ct×100%额定容量:Cr-在设计和制造电池时，规定电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度容量。比容量是单位体积或单位质量电池所给出的容量。质量比容量：Cm=C/m(Ah/Kg)体积比容量：Cv=C/V(Ah/L)19电池能量和比能量有哪几种？如何表示？20写出理论比能量的计算公式并解释电池在一定的条件下对外做功所输出的电能叫电池的能量。单位一般用Wh表示。理论能量：Wt=CtE实际能量：W=CVav比能量：分为质量比能量和体积比能量理论比能量：Wt’=1000E/(q++q-)=1000E/Σqi实际比能量：W’=CVac/m或CVac/V21什么是自放电？分析原因及预防措施。定义：电池在充电态开路时，在一定条件下（温度、湿度等）贮存时容量的下降，称为电池的自放电。一自放电的原因1）正极自放电。发生副反应，如PbO2与板栅Pb的反应。2）负极腐蚀。与正电性杂质构成腐蚀微电池。3）正极物质从电极上溶解，会在负极还原引起自放电。4）杂质的氧化还原反应引起正负极活性物质的消耗。二降低电池自放电的措施1）采用高纯度原材料。2）在负极中加入高氢过电位金属，如Hg、Cd、Pb等。3）在电极或电解液中加入缓蚀剂，减少自放电反应发生。4）低温贮存。22影响二次电池循环寿命的因素有哪些？1）充放电过程中，电极活性表面积减小，使极化增大。2）电极上活性物质的脱落或转移。3）电极材料发生腐蚀。4）电池内部短路。5）隔膜损坏。6）活性物质晶型改变，活性降低。23铅酸蓄电池，锌二氧化锰电池，镉镍电池分别是谁发明的？普兰特（Plant`e）（德）试制成功化成式铅蓄电池。勒克朗谢（Leclanche`）（法）研制成功以NH4Cl为电解液的锌-二氧化锰电池，并得到了应用。加斯纳（Gassner）制出了锌-二氧化锰干电池。琼格（Junger）发明了镉-镍蓄电池。第二章1构成化学电源的两个基本条件是什么？电极充放电时如何反应？1）氧化-还原反应分区进行，区别于直接氧化还原反应；2）有电子流经外电路，区别于腐蚀反应。电池放电时，正极发生还原反应，称为阴极；负极发生氧化反应，称为阳极。电池充电时，正极发生氧化反应，称为阳极；负极发生还原反应，称为阴极。2分析电极反应的基本步骤原电池和电解池一般都包含下列电极反应步骤：1）电极作用物质自溶液本体向电极表面迁移—液相传质。2）在电极表面吸附，脱出溶剂壳，配合物解体等电极反应前的步骤—前置表面转化步骤，简称CE步骤。3）在电极表面放电步骤—电化学步骤。4）放电后在电极附近的表面转化步骤—随后转化步骤，简称EC步骤。5）产物生成新相（气泡、固态结晶或汞齐类产物向溶体内扩散）。3什么是极化？极化分哪几种？简单解释通常把对平衡现象的偏离称为极化现象或极化作用。电阻极化：由于电池或电解池有电阻，因而使电位出现偏离平衡值的现象。浓差极化：电化学反应进行时，作用物浓度的变化造成电极电位对平衡值的偏差。电化学极化：电化学反应或CE及EC步骤缓慢，造成电极电位偏离平衡值。Фрумкий将前一种情形称为迟缓放电。4什么是过电位？写出塔菲尔方程。其中a值的意义和影响因素。极化现象的结果往往是造成电极电位或电池电压与平衡电极电位或电动势的偏离。某一电流密度下电极电位与可逆电极电位差的绝对值称为过电位或超电势。塔菲尔方程η=a+bLgi—Tafel公式a为单位电流密下的过电位。a值大小反映了电极过程的不可逆程度。a值越大,越不可逆。a值大小与电极材料、表面状态、溶液组成、浓度和温度有关。5在氢还原电极过程中，可将金属按析氢过电位大小分成三类。说出名称，析氢过电位范围并举例。根据a值的大小，可将电极材料分为如下三类：1）高过电位金属：a=1.0~1.5V，如Pb,Hg,Cd,Ti,Zn,Ga,Bi,Sn2）中过电位金属：a=0.5~0.7V，如Fe,Co,Ni,Cu,W,Au等。3）低过电位金属：a=0.1~0.3V，如铂族金属等。6写出氢离子还原过程的反应历程。A)H3O+（溶液本体）H3O+（电极表面附近液层）B)H3O++eMH+H2OC)MH+MHH2(复合脱附)MH+H3O++eH2+H2O(电化学脱附)D)nH2nH2(气泡)第三章1写出四种美国，中国，IEC对圆柱形电池型号规格的对比。美国中国IEC直径/mm高度/mmD1号电池R2034.261.5C2号电池R1426.250AA5号电池R614.550.5AAA7号电池R0310.544.52写出糊式干电池的成流反应。糊式干电池即传统的勒克朗谢电池（-）Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2,C(+)成流反应：电池放电时，正、负极上发生的形成放电电流的主导的电化学反应。实际电池体系往往很复杂，成流反应为其主导的电极反应，还可能存在一些副反应如自放电，使活性物质利用率和电池可逆性降低。负极：Zn+2NH4Cl–2eZn(NH3)2Cl2↓+2H+正极：2MnO2+2H++2e2MnOOH电池反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2↓3写出氯化锌型电池的成流反应。电池表达式（-）Zn|ZnCl2|MnO2(+)电极反应为：负极：4Zn–8e4Zn2+正极：8MnO2+8H2O+8e8MnOOH+8OH-电解液中反应：4Zn2++H2O+8OH-+ZnCl2ZnCl2·4ZnO·5H2O总反应：8MnO2+4Zn+ZnCl2+9H2O8MnOOH+ZnCl2·4ZnO·5H2O4写出碱性锌锰电池的成流反应。电池表达式（-）Zn|KOH|MnO2(+)负极是汞齐化锌粉，电解液是KOH溶液，电池性能优于前两类电池。电极反应为：负极：Zn+2OH-–2eZnO+H2O正极：2MnO2+2H2O+2e2MnOOH+2OH-总反应：Zn+2MnO2+H2O2MnOOH+ZnO5MnO2电极反应初级和次级过程各发生哪些变化？哪个过程更重要？在MnO2阴极还原的反应中，电极表面水锰石转移的次级过程比较慢，是控制步骤。MnO2是粉状电极，四价锰还原为三价锰为初级过程。在中性及碱性溶液中：MnO2+H2O+eMnOOH+OH-在有NH4Cl存在时：MnO2+NH4Cl+eMnOOH+NH3+Cl-MnOOH称为水锰石。MnO2还原生成的MnOOH与电解液继续发生化学反应或以其他方式离开电极表面的过程，成次级过程。水锰石转移有岐化反应和固相质子扩散两种方式。岐化反应为PH较低时：2MnOOH+2H+MnO2+Mn2++2H2O固相质子扩散的推动力是质子的浓度差。MnOOH还原为Mn(OH)2，由三个连串的步骤构成。MnOOH+H2O+OH-Mn(OH)4-Mn(OH)4-+eMn(OH)42-Mn(OH)42-Mn(OH)2↓+2OH-6如何保证碱性锌锰电池的可充性？1放电深度25%；2充电电压1.75V；3放电电流不宜过大；4电解液浓度要小。7糊式锌锰电池中NH4Cl和ZnCl2的作用是什么？NH4Cl的作用是提供H+，降低MnO2放电过电位，提高导电能力。缺点是冰点高，影响低温性能，沿锌筒上爬，造成漏夜。ZnCl2的作用是间接参加正极反应，与正极反应生成的氨形成配合物。还可以降低冰点，保持电解液水分，加速淀粉糊化，防止NH4Cl上爬。8写出锌氧化银电池的成流反应。-)Zn|KOH|Ag2O(AgO)(+)电池反应：正极：2AgO+H2O+2eAg2O+2OH-φ0=0.607VAg2O+H2O+2e2Ag+2OH-φ0=0.345V负极：Zn+2OH--2eε-Zn(OH)2φ0=-1.249V或：Zn+2OH--2eZnO+H2Oφ0=-1.26V总：Zn+2AgO+H2OZn(OH)2+Ag2OE0=1.856VZn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2AgE0=1.594V或：Zn+2AgOZnO+Ag2OE0=1.867VZn+Ag2OZnO+2AgE0=1.605V9氧化银电极充放电曲线上为什么放电高压坪阶比充电高压坪阶时间短得多？1）放电视高坪阶段所进行的是AgO还原为Ag2O的反应，