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I?nUnU?(1?4) nRinRiR?R(1?)mmR由式(1-4)可知,要获得较大电流,需使nRi值减小。 mR电池组中对单体电池的性能要求很严,在组合电池时,应注意选统一系列、同一规格、性能一致的单体电池。

1.2化学电源的分类

化学电源按工作性质和贮存方式分作四类:

(1) 一次电池

该种电池又称为原电池,如果原电池中电解质不流动,则称为干电池。由于电池反应本身不可逆或可逆反应很难进行,电池放电后不能充电再用。如

(2)二次电池 习惯上又称蓄电池,即充放电能反复多次循环使用的一类电池。如

(3)贮备电池 这种电池又称为“激活电池”,这类电池的正、负极活性物质在贮存期不直接接触,使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。如

(4)燃料电池 该类电池又称“连续电池”,即将活性物质连续注入电池,使其连续放电的电池。如

1.3化学电源的工作原理

化学电源是一种能量转换装置。放电时,化学能转变为电能;充电时,电能转换为化学能贮存起来。一次性电池的反应是不可逆的,二次电池(或蓄电池)的反应是可逆的。

1.3.1一次电池工作原理 锌-锰电池是一次性电池。 (—) Zn|NH4Cl + ZnCl2|MnO2(+)

电池的活性物质是二氧化锰和锌,在空间是分割开的,二者都与 NH4Cl 和

ZnCl2的水溶液相接触。电解液含有阳离子、阴离子,是一种离子导体,但并不具有电子导电性。

当锌电极与电解质NH4Cl+ZnCl2接触时,金属锌将自发地转入溶液中,发生锌的氧化反应。锌电极上的Zn2+ 转入溶液后,将电子留在金属上,结果,锌电极带负电荷。它将吸引溶液中的正电荷,在两相间产生电位差,这个电位差阻滞 Zn2+继续转入溶液,同时促使Zn2+返回锌电极,结果形成了锌电极带负电荷,溶液一侧带正电荷的离子双电层。

二氧化锰电极存在类似情况,只是电极带正电荷,溶液一侧带负电荷。 在外电路接通之前,电极上都存在上述的动态平衡,一旦接通外电路,锌电极上的过剩电子流向二氧化锰电极,在 MnO2电极上使 Mn4还原为 Mn3+,图1-3是锌-锰电池的工作原理。

1.3.2高能电池原理

1.3.2.1高比能量条件 电池的理论容量为:

C0?26.8nm01?m0(Ah)(1?5) Mq 式中:C0 —理论容量;m0 — 活性物质完全反应的质量;

M—活性物质摩尔量;n—成流反应得失电子数; q— 活性物质电化当量。

电池的理论能量为:W0=C0E (1-6) 式中:W0—理论能量;E—电池电动势。

从式(1-5)可知,电化当量越小的物质,产生的电量越大,而从式(1-6)可知,电量越大,电动势越高的电池,产生的能量越大。

周期表左边的元素电极电位最负,周期表右上角的元素电极电位最正。因此,