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简述电池运用的原理


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。G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:

1、由 电池中各部分电阻造成的极化称为欧姆极化;

2、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;

3、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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