氢镍电池的论文文献

化学电池化学电池将化学能直接转变为电能的装置。主要部分是电解质溶液、浸在溶液中的正、负电极和连接电极的导线。依据能否充 电复原，分为原电池和蓄电池两种 化学电池的种类 化学电池按工作性质可分为：一次电池（原电池）；二次电池（可充电电池）;铅酸蓄电池。其中：一次电池可分为：糊式锌锰电池、纸板锌锰电池、碱性锌锰电池、扣式锌银电池、扣式锂锰电池、扣式锌锰电池、锌空气电池、一次锂锰电池等。二次电池可分为：镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、二次碱性锌锰电池等。铅酸蓄电池可分为：开口式铅酸蓄电池、全密闭铅酸蓄电池。 1.锌锰电池 锌二氧化锰电池（简称锌锰电池） 又称勒兰社（Leclanche）电池，是法国科学家勒兰社（Leclanche，1839-1882）于1868年发明的由锌（Zn）作负极，二氧化锰（MnO2）为正极，电解质溶液采用中性氯化铵（NH4Cl）、氧化锌（ZnCl2）的水溶液，面淀粉或浆层纸作隔离层制成的电池称锌锰电池，由于其电解质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其它载体上而呈现不流动状态，故又称锌锰干电池。按使用隔离层区分为糊式和板式电池两种，板式又按电解质液不同分铵型和锌型电池纸板电池两种。 干电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周围由内向外依次是A：二氧化锰粉末（黑色）------用于吸收在正极上生成的氢气（以防止产生极化现象）；B：用饱和了氯化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。 电极反应式为：负极（锌筒）：Zn +– 2e === Zn(NH3)2Cl2↙+2H+ 正极（石墨）：2NH4+ === 2NH3 ↑+ H2↑ H2O + 2MnO2 + 2e === 2MnOOH+ 2OH- 总反应：Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 === Zn(NH3)2Cl2↙+2MnOOH 干电池的电压大约为1.5V，不能充电再生。 2.碱性锌锰电池 20世纪中期在锌锰电池基础上发展起来的，是锌锰电池的改进型。电池使用氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）的水溶液做电解质液，采用了与锌锰电池相反的负极结构，负极在内为膏状胶体，用铜钉做集流体，正极在外，活性物质和导电材料压成环状与电池外壳连接，正、负极用专用隔膜隔开制成的电池。 3.铅酸蓄电池 1859年法国普兰特（Plante）发现，由正极板、负极板、电解液、隔板、容器（电池槽）等5个基本部分组成。用二氧化铅作正极活性物质，铅作负极活性物质，硫酸作电解液，微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板制成的电池。 铅蓄电池可放电也可以充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳（防止酸液的泄漏）；设有多层电极板，其中正极板上有一层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属铅，正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板隔开（以防止电极之间发生短路）；两极均浸入到硫酸溶液中。放电时为原电池，其电极反应为: 负极：Pb + SO42－－ 2e === PbSO4 正极：PbO2 + 4H+ + SO42－ + 2e === PbSO4 + 2H2O 总反应式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4 ====== 2PbSO4 + 2H2O 当放电进行时，硫酸溶液的的浓度将不断降低，当溶液的密度降到1.18g/ml 时应停止使用进行充电，充电时为电解池，其电极反应如下： 阳极：PbSO4 + 2H2O－ 2e === PbO2 + 4H+ + SO42－ 阴极：PbSO4 + 2e === Pb + SO42－ 总反应式为：2PbSO4 + 2H2O ====== Pb + PbO2 + 2H2SO4 当溶液的密度升到1.28g/ml时，应停止充电。 上述过程的总反应式为： 放电 Pb + PbO2 + 2H2SO4 ====== 2PbSO4 + 2H2O 充电 4.锌银电池 一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似纽扣（俗称纽扣电池）。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。电极反应式如下： 负极：Zn + 2OH－ －2e=== ZnO + H2O 正极：Ag2O + H2O + 2e === 2Ag + 2OH－ 电池的总反应式为：Ag2O + Zn ====== 2Ag + ZnO 电池的电压一般为1.59V，使用寿命较长。 5.镉镍电池和氢镍以及金属氢化物镍电池 二者均采用氧化镍或氢氧化镍作正极，以氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液作电解质溶液，金属镉或金属氢化物作负极。金属氢化物电池为20世纪80年代末，利用吸氢合金和释放氢反应的电化学可逆性发明制成，是小型二次电池主导产品。 6.锂电池 锂电池是一类以金属锂或含锂物质作为负极材料的化学电源的总称通称锂电池，分为一次锂电池和二次锂电池。 7.锂离子电池 指能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极，锂的化合物作正极，混合电解液作电解质液制成的电池。锂离子电池是1990年有日本索尼公司研制出并首先实现产品化。国内外已商品化的锂离子电池正极是LiCoO2，负极是层状石墨，电池的电化学表达式为（—） C6▏1mol/L LiPF6-EC+DEC▏LiCoO2(+) 8.氢氧燃料电池 这是一种高效、低污染的新型电池，主要用于航天领域。其电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。电极反应式如下： 负极：2H2 + 4OH－ －4e=== 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e=== 4OH－ 总反应式：2H2 + O2 === 2H2O 9.熔融盐燃料电池 这是一种具有极高发电效率的大功率化学电池，在加拿大等少数发达国家己接近民用工业化水平。按其所用燃料或熔融盐的不同，有多个不同的品种，如天然气、CO、---熔融碳酸盐型、熔融磷酸盐型等等，一般要在一定的高温下（确保盐处于熔化状态）才能工作。 下面以CO---Li2CO3 + Na2CO3---空气与CO2型电池为例加以说明： 负极反应式：2CO + 2CO32－－4e === 4CO2 正极反应式：O2 + 2CO2 + 4e=== 2CO32－ 总反应式为：2CO + O2 === 2CO2 该电池的工作温度一般为6500C 10.海水电池 1991年，我国科学家首创以铝---空气---海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。其电极反应式如下： 负极：4Al – 12e === 4Al3+ 正极：3O2 + 6H2O + 12e === 12OH－ 总反应式为：4Al + 3O2 + 6H2O === 4Al(OH)3 这种电池的能量比普通干电池高20---50倍！ 新型化学电池 （1碱性氢氧燃料电池 这种电池用30%-50%KOH为电解液，在100°C以下工作。燃料是氢气，氧化剂是氧气。其电池图示为 （―）C|H2|KOH|O2|C(+) 电池反应为 负极 2H2 + 4OH―4e=4H2O 正极 O2 + 2H2O + 4e=4OH 总反应 2H2 + O2=2H2O 碱性氢氧燃料电池早已于本世纪60年代就应用于美国载人宇宙飞船上，也曾用于叉车、牵引车等，但其作为民用产品的前景还评价不一。否定者认为电池所用的电解质KOH很容易与来自燃料气或空气中的CO2反应，生成导电性能较差的碳酸盐。另外，虽然燃料电池所需的贵金属催化剂载量较低，但实际寿命有限。肯定者则认为该燃料电池的材料较便宜，若使用天然气作燃料时，它比唯一已经商业化的磷酸型燃料电池的成本还要低。 （2） 磷酸型燃料电池 它采用磷酸为电解质，利用廉价的炭材料为骨架。它除以氢气为燃料外，现在还有可能直接利用甲醇、天然气、城市煤气等低廉燃料，与碱性氢氧燃料电池相比，最大的优点是它不需要CO2处理设备。磷酸型燃料电池已成为发展最快的，也是目前最成熟的燃料电池，它代表了燃料电池的主要发展方向。目前世界上最大容量的燃料电池发电厂是东京电能公司经营的11MW美日合作磷酸型燃料电池发电厂，该发电厂自1991年建成以来运行良好。近年来投入运行的100多个燃料电池发电系统中，90%是磷酸型的。市场上供应的磷酸型发电系统类型主要有日本富士电机公司的50KW或100KW和美国国际燃料电池公司提供的200KW。 富士电机已提供了70多座电站，现场寿命超过10万小时。 磷酸型燃料电池目前有待解决的问题是：如何防止催化剂结块而导致表面积收缩和催化剂活性的降低，以及如何进一步降低设备费用。 化学电源的重大意义： 化学能转换为电能的原理的发现和各式各样电池装置的发明，是贮能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献，极大地推进了现代化的进程，改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量。

全书共分为八章：电化学理论基础；电催化过程；化学电源；金属的表面精饰；无机物的电解工业；有机物的电解合成；电化学传感器和电化学腐蚀与防护。书中还列有重要参考文献和习题，以便于读者自学。本书可作为高等院校化学、化工等专业的教学用书和研究生的参考教材，也可供从事电化学教学、科研和生产的有关人员参考。 前言第一章 电化学理论基础1.1电化学体系的基本单元1.1.1电极1.1.2隔膜1.1.3电解质溶液1.1.4电解池的设计与安装1.2电化学过程热力学1.2.1可逆电化学过程的热力学1.2.2不可逆电化学过程的热力学1.3非法拉第过程及电极/溶液界面的性能1.3.1电极的电容和电荷1.3.2双电层理论概要1.3.3零电荷电势与表面吸附1.4法拉第过程和影响电极反应速度的因素1.4.1电极反应种类和机理1.4.2电化学实验及电化学电池的变量1.4.3影响电极反应速度的因素及电极的极化1.4.4电极反应动力学简介1.5物质传递控制反应绪论.1.5.1物质传递的形式1.5.2稳态物质传递1.6电化学研究方法介绍1.6.1稳态和暂态1.6.2电位扫描技术——循环伏安法1.6.3控制电位技术——单电位阶跃法1.6.4控制电流技术——恒电流电解1.6.5光谱电化学方法参考文献第二章 电催化过程2.1电催化原理2.1.1电催化的类型及一般原理2.1.2影响电催化性能的因素2.1.3评价电催化性能的方法2.2氢电极反应的电催化2.2.1氢气析出的电催化2.2.2氢氧化反应的电催化2.3氧电极反应的电催化2.3.1氧气的电催化还原2.3.2氧析出反应的电催化2.4有机小分子的电催化氧化2.4.1有机小分子在单金属电催化剂上的氧化2.4.2有机小分子在二元或多元金属电催化剂上的氧化2.4.3有机小分子在金属及金属氧化物催化剂上的氧化2.4.4有机小分子氧化电催化剂的制备2.4.5有机小分子氧化催化剂的表征及反应机理探讨参考文献第三章 化学电源3.1概述3.1.1主要术语3.1.2化学电源的主要性能3.1.3化学电源的选择和应用3.2一次电池3.2.1一次电池的通性及应用3.2.2碱性锌锰电池3.2.3其他几种锌一次电池3.2.4锂电池3.3二次电池3.3.1二次电池的一般性质及应用3.3.2铅酸蓄电池3.3.3碱性Ni/Cd电池3.3.4氢镍电池3.3.5锂电池和锂离子电池3.3.6Na/NiCl2二次电池3.3.7处于研究、开发中的锌二次电池3.4燃料电池3.4.1燃料电池的历史和发展3.4.2燃料电池的特点和分类3.4.3国内外燃料电池的研究现状3.4.4质子交换膜燃料电池参考文献第四章 金属的表面精饰4.1金属电沉积和电镀原理4.1.1简单金属离子的还原4.1.2金属络离子的还原4.1.3金属共沉积原理4.1.4金属电结晶动力学4.1.5金属电沉积过程中表面活性物质的作用4.2电镀过程4.2.1镀层应具有的主要性能4.2.2影响镀层质量的因素4.2.3电镀生产工艺4.2.4几种典型的电镀过程4.2.5塑料的金属化涂装4.3金属的阳极氧化4.3.1金属阳极氧化原理4.3.2铝的阳极氧化4.3.3钛的阳极氧化4.4电泳涂装技术4.4.1阳极电泳涂装4.4.2阴极电泳涂装参考文献第五章 无机物的电解工业5.1概述5.2氯碱工业5.2.1隔膜槽电解法5.2.2汞槽电解法5.2.3离子膜槽电解法5.2.4氯碱工业未来发展的展望5.3氯酸盐和高氯酸盐的电合成5.3.1氯酸钠5.3.2高氯酸盐5.4锰化合物的电解合成5.4.1电解MnO25.4.2高锰酸钾5.5电解法生产过氧化氢5.6水的电解参考文献第六章 有机物的电解合成6.1概述6.2有机电合成的若干发展方向6.3已二腈的电解合成6.4四烷基铅6.5糖精6.6苯二酚6.7有机化合物的电化学氟化6.8均匀设计法在有机电化学合成工艺中的应用6.9国外有机物电解合成研究动向6.9.1阳极氧化反应6.9.2阴极还原反应参考文献第七章 电化学传感器7.1概述7.1.1化学传感器分类7.1.2电位型传感器简介7.2控制电位电解型气体传感器7.2.1控制电位电解型气体传感器的发展7.2.2Clark电极7.2.3控制电位电解型气体传感器的结构原理7.2.4气体扩散电极在气体传感器中的应用7.2.5电流型气体传感器的几个性能指标7.2.6新一代SPE控制电位电解型气体传感器的研制7.3生物电化学传感器7.3.1生物传感器的分类7.3.2酶传感器参考文献第八章 电化学腐蚀与防护8.1金属腐蚀与防护的意义8.2金属的电化学腐蚀8.3腐蚀电池8.4电势-pH图及其在金属防护中的应用8.4.1Fe-H2O体系的φ-pH图的构作8.4.2Fe-H2O体系的φ-pH图在金属防护上的应用8.5金属的电化学防腐蚀参考文献全书思考题和习题