化学自习室移动版

1.什么叫电池？

电池(Batteries)是一种能量转化与储存的装置，它通过反应，将化学能或物理能转化为电能。根据电池转化能量的不同，可以将电池分为化学电池和物理电池。

化学电池或化学电源就是将化学能转化为电能的装置。它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，由一种能提供媒体传导作用的化学物质作为电解质，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能提供电能。

物理电池就是将物理能转化为电能的装置。

2.一次电池与二次电池的有哪些区别？

最主要的区别是活性物质的不同，二次电池的活性物质可逆，而一次电池的活性物质并不可逆。一次电池的自放电远小于二次电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低，此外，一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池。

3.镍氢电池的电化学原理是什么？

镍氢电池采用Ni氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液(主要为KOH)作为电解液，镍氢电池充电时：

正极反应：Ni(OH)₂ ＋ OH^－ → NiOOH ＋ H₂O－e^-

负极反应：M＋H₂O ＋e^-→ MH^＋ OH^－

镍氢电池放电时：

正极反应：NiOOH ＋ H₂O ＋ e^- → Ni(OH)₂ ＋ OH^－

负极反应：MH^＋ OH^－ →M＋H₂O ＋e^-

4.锂离子电池的电化学原理是什么？

锂离子电池正极主要成分为LiCoO₂，负极主要为C，充电时，

正极反应： LiCoO₂ → L i_1－xCoO₂ ＋ xLi^＋ ＋ xe^-

负极反应： C ＋ xLi^＋ ＋ xe^- → LixC

电池总反应： LiCoO₂ ＋ C → L i_1－xCoO₂ ＋ LixC

放电时发生上述反应的逆反应。

5.镍氢电池的主要结构组成是什么？

镍氢电池的主要组成为：正极片(镍氧化物)、负极片(储氢合金)、电解液(主要为KOH)、隔膜纸、密封圈、正极帽、电池壳等。

6.锂离子电池的主要结构组成是什么？

锂离子电池的主要组成为：电池上下盖、正极片(活性物质为氧化锂钴)、隔膜(一种特殊的复合膜)、负极(活性物质为碳)、有机电解液、电池壳(分为钢壳和铝壳两种)等。

7.什么是电池的容量？

电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定容量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。IEC标准规定镍镉和镍氢电池在20℃±5℃环境下，以0.1C充电16小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量，以C5表示。而对于锂离子电池，则规定在常温、恒流(1C)—恒压(4.2V)控制的充电条件下充电3 H，再以0.2C放电至2.75V时所放出的电量为其额定容量，而电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响(故严格来讲，电池容量应指明充放电条件)。电池容量的单位有AH，mAH(1AH=1000mAH).

8.通常所说的二次电池的性能主要包括哪些方面？

主要包括电压、内阻、容量、能量密度、内压、自放电率、循环寿命、密封性能、安全性能、储存性能、外观等，其它还有过充、过放、耐腐蚀性等。

9.什么是电池的输出功率？

电池的输出功率指在单位时间里输出能量数的能力。它是根据放电电流I和放电电压来计算的，P=U×I，单位为瓦特。

电池的内阻越小，输出功率越高，电池的内阻应小于用电器的内阻，否则电池本身消耗的功率还要大于用电器消耗的功率，这是不经济的，而且可能损坏电池。

10.什么是电池的内压？

指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。一般电池内压均维持在正常水平，在过充或过放情况下，电池内压有可能会升高：

例如过充电，正极： 4OH^－ － 4e-→ 2H₂O ＋ O₂↑； ①

产生的氧气与负极上析出的氢气反应生成水 2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O ②

如果反应②的速度低于反应①的速度，产生的氧气来不及被消耗掉，就会造成电池内压升高。

11.电池使用时有哪些注意事项？

01)使用前，请仔细阅读电池说明书；

02)电器和电池接触件应清洁，必要时用湿布擦净，待干燥后按极性标示装入；

03)新旧电池不要混用，同一种型号但不同种类的电池也不能混用，以免降低使用效能；

04)不能通过加热或充电方式使一次性电池再生；

05)不能将电池短路；

06)不要拆卸和加热电池，或将电池丢入水中；

07)用电器具长期不用时应取出电池，使用后应切断开关；

08)废电池不要随意丢弃，尽可能与其它垃圾分开投放，以免污染环境；

09)无成人监护时，勿让儿童更换电池，小型电池应放在儿童不能拿到的地方；

10)电池应保存在阴凉、干燥、无阳光直射处.

12.目前常见的各种可充电电池之间有什么区别？

目前镍镉，镍氢，锂离子充电电池大量应用于各种便携式用电设备(如笔记本电脑，摄像机和移动电话等到)中，每种充电电池都具自已独特的化学性质。镍镉和镍氢电池之间主要差别在于：镍氢电池能量密度比较高。与相同型号电池对比，镍氢电池容量是镍镉电池的二倍。这意味着在不为用电设备增加额外重量时，使用镍氢电池能大大地延长设备工作时间。镍氢电池另一优点是；a大大减少了处镉电池中存在的：“记忆效应”问题，从而使得镍氢电池可更方便地使用。镍氢电池比镍镉电池更环保，因为它内部没有有毒重金属元素。 L i－ION也已经快速成为便携设备的标准电源，Li－ION能提供和镍氢电池一样的能量，但在重量方面则可减少大约35%，这对于旬摄像机和笔记本电脑之类的用电设备来说是至关重要的。Li－ION完全没有“记忆效应”和不含有毒物质的优点也是使它成为标准电源的重要因素。

镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低，一般充电效率会随温度的升高而升高，但当温度升到45℃以上，高温下充电电池材料的性能会退化，电池的循环寿命也将大大缩短。

13.锂离子蓄电池的工作温度范围？

充电 －10—45℃ 放电 －30—55℃

14.不同容量的电池可以组合在一起吗？

如果将不同容量或新旧电池混在一起使用，有可能出现漏液，零电压等现象，这是由于充电过程中，容量差异导致充电时有些电池被过充，有些电池未充满电，放电时有容量高的电池未放完电，而容量低的则被过放，如此恶性循环，电池受到损害而漏液或低(零)电压。

15.什么是外部短路，对电池性能有何影响？

电池外两端连接在任何导体上都会造成外部短路，电池类型不同，短路有可能带来不同严重程度的后果。如：电解液温度升高、内部气压升高等。气压值如果超过电池盖帽耐压值，电池将漏液。这种情况严重损坏电池。如果安全阀失效，甚至会引起爆炸。因此切勿将电池外部短路。

16.影响电池使用寿命的主要因素由那些？

01)充电：

选择充电器时，最好使用具备正确终止充电装置(例如防过充时间装置、负电压差(－DV)切断充电和防过热感应装置)的充电器，以免电池因过充而缩短使用寿命。一般来说，慢速充电较快速充电更能延长电池的使用寿命。

02)放电：

A.放电的深度是影响电池寿命的主要因素，放电的深度越高，电池的寿命就越短。换句话说，只要降低放电深度，就能大幅延长电池的使用寿命。因此，我们应避免将电池过放至极低的电压。

B.电池在高温下放电时，会缩短电池的使用寿命。

C.如果设计的电子器材不能完全停止所有电流，若将该器材长时间搁置不用，而不把电池取出， 其残余电流有时会令电池过分消耗， 造成电池过放电。

D.把不同电容量、化学结构或不同充电水平的电池，以及新旧不一的电池混合使用时，亦会令电池放电过多， 甚至会造成反极充电。

03) 储存：

若电池长时间在高温下储存，会令其电极活性衰减，缩短使用寿命。

17.电池使用完后或长期不使用是否可以保存在用电器内？

如果用电器较长时期内不再使用，最好将电池取出并放于低温、干燥的地方，如果不这样，即使用电器被关掉，系统仍会使电池有一个低电流输出，这会缩短电池的使用寿命。

18.电池储存在什么样的条件较好？长期保存电池需要充满电吗？

根据IEC标准规定，电池应在温度为20℃±5℃，湿度为(65±20)%的条件下储存。一般而言，电池储存温度越高，容量的剩余率越低，反之也是一样，冰箱温度在0℃－10℃时储存电池的最好地方，尤其是对一次电池。而二次电池即使储存后损失了容量，但只要重新充放电几次既可恢复。

就理论上讲，电池储存时总有能量损失。电池本身固有的电化学结构决定了电池容量不可避免地要损失，主要是由于自放电造成的。通常自放电大小与正极材料在电解液中的溶解性和它受热后的不稳定性(易自我分解)有关。可充电电池的自放电远比一次电池高。

如果要长期保存电池，尽量放在干燥低温的环境下并让电池剩余电量在 40% 左右最为理想。当然，每个月最好要把电池拿出来用一次，既能保证电池良好的保存状态，又不至于让电量完全流失而损坏电池。

19.什么是标准电池？

国际上规定的作为电势(位)测量标准的电池。它是由美国电气工程师E.韦斯顿在1892年发明的，故又称韦斯顿电池。

标准电池的正极是硫酸亚汞电极，负极是镉汞齐金属(含有10％或12.5％的镉)，电解液是带酸性的饱和硫酸镉水溶液，实际上是饱和的硫酸镉和硫酸亚汞水溶液。

20.什么是过充电，对电池性能有何影响？

过充电是指电池经一定充电过程充满电后，再继续充电的行为，对Ni－MH电池，过充电产生如下反应：

正极：4OH^－ － 4e- → 2H₂O ＋ O₂↑； ①

负极：2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O ②

由于在设计时负极容量比正极容量要高，因此正极产生的氧气透过隔膜纸与负极产生的氢气复合，故一般情况下电池的内压不会有明显升高，但如果充电电流过大，或充电时间过长，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形、漏液等不良现象。同时，其电性能也会显著降低。

21.什么是过放电，对电池性能有何影响？

电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电，通常根据放电电流来确定放电截止电压，0.2C－2C放电一般设定1.0V/支，3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/支。电池过放可能会给电池带来灾难性的后果，特别是大电流过放或反复过放，对电池影响更大，一般而言，过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。

22.可充电电池的优缺点有哪些？

可充电电池的优点是使用寿命长，即使价格比一次电池要贵，但从长期使用的观点来看，则很经济实惠，而且可充电电池的负荷力要比绝大部分一次电池高。但普通二次电池放电电压基本恒定，很难预测放电何时结束，所以在使用的过程中会造成一定的不便。但锂离子电池能给照相机设备提供较长的使用时间，高负荷力，高能量密度，且放电电压的下降随放电的深入而减弱。

普通二次电池的自放电率较高，因此适合大电流放电用如数码相机、玩具、电动工具、应急灯等等，而不适合小电流长时间放电的场合如遥控器、音乐门铃等，也不适合长时间间断使用的地方如手电筒等。目前比较理想的电池是锂电池，几乎拥有电池所有的优点，自放电率极低，唯一的缺点是对充放电要求很严格，这是对寿命的保证。

23.镍氢电池的优势是什么？锂离子电池的优势是什么？

镍氢电池的优势是：

01)低成本；

02)良好的快充性能；

03)循环寿命长；

04)无记忆效应；

05)无污染，绿色电池；

06)广泛的温度使用范围；

07)安全性能好。

锂离子电池的优势是：

01)高的能量密度；

02)高的工作电压；

03)无记忆效应；

04)循环寿命长；

05)无污染；

06)重量轻；

07)自放电小。

24.磷酸铁锂电池的优势有哪些？

磷酸铁锂电池的主要应用方向是动力电池，其优势主要体现在以下几方面：

01)超长寿命；

02)使用安全；

03)可大电流快速充放电；

04)耐高温；

05)大容量；

06)无记忆效应；

07)体积小、重量轻；

08)绿色环保。

25.锂聚合物电池具有哪些优点？

01)无电池漏液问题，其电池内部不含液态电解液，使用胶态的固体；

02)可制成薄型电池：以3.6V，400mAH的容量，其厚度可薄至0.5MM；

03)电池可设计成多种形状；

04)电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲900左右；

05)可制成单颗高电压：液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，高分子电池；

06)由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压；

07)容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍。

26.电池如何分类

化学电池：

一次电池——干电池(Carbon－Zinc Dry Batteries)、碱锰电池(Alkaline- Manganese Batteries)、锂电池(Lithium Batteries)，激活电池、锌－汞电池、镉－汞电池、锌－空气电池、锌－银电池和固体电解质电池(银－碘电池)等。

二次电池—— 铅酸电池(Lad Batteries)、镍镉电池(Ni－Cd Batteries)、镍氢电池(Ni－MH Batteries)、锂离子电池(Li－Ion Batteries)和钠－硫电池等。

其他电池——燃料电池(Fel Cell Batteries)、空气电池(Air Batteries)、纸电池(Thin Batteries)、光电池(Light Batteries)、纳米电池(Nano Batteries)等

物理电池：——太阳电池(Solar Cell)

27.什么是纸电池？

纸电池是一种新型电池，其组成部分也包括电极、电解液和隔离膜。具体而言，这种新型的纸电池是由植入了电极和电解液的纤维素纸构成，其中纤维素纸就起到了隔离物的作用。电极分别是加入纤维素中的碳纳米管和覆盖在纤维素制成的薄膜上的金属锂；而电解液就是六氟磷酸锂溶液。这种电池可折叠，厚度只相当于纸张。研究者认为，由于这种纸电池具有诸多的性能，因此将会成为一种新型的能源存储设备。

28.什么是光电池？

光电池是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。光电池的种类很多，常用有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。主要用于仪表，自动化遥测和遥控方面。有的光电池可以直接把太阳能转变为电能，这种光电池又叫太阳能电池。

29.什么是太阳能电池？太阳能电池的优点是什么？

太阳能电池就是将光能(主要为太阳光)转变为电能的装置。依据原理为光生伏打效应，即依据PN结的内建电场使光生载流子分离达到结的两边而产生光电压，连接到外电路则使得到功率输出。太阳能电池的功率与光照强度有关，光照越强，则功率输出越强。

太阳能系统易于安装，易于扩充，易于拆卸等优点。同时使用太阳能也很经济实惠，在操作过程重没有能量耗费。另外此系统耐机械磨损；一个太阳能系统需要可靠的太阳能电池以便于接受和储存太阳能。一般太阳能电池有如下优点：

01)高荷电吸收能力；

02)循环使用寿命长；

03)良好的可充性能；

04)无需保养。

30.什么是燃料电池？如何分类？

燃料电池是一个将化学能直接转化为电能的电化学系统。

最常见的分类方法是按照电解质的种类，据此，可将燃料电池分为碱性燃料电池，一般以氢氧化钾为电解质；磷酸型燃料电池，以浓磷酸为电解质；质子交换膜燃料电池，以全氟或部分氟化的磺酸型质子交换膜为电解质；熔融碳酸盐型燃料电池，以熔融的锂－钾碳酸盐或锂－钠碳酸盐为电解质；固体氧化物燃料电池，以固体氧化物为氧离子导体，如以氧化钇稳定的氧化锆膜为电解质。有时也按电池温度对电池进行分类，分为低温(工作温度低于100℃) 燃料电池，包括碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池；中温燃料电池( 工作温度在100－300℃)，包括培根型碱性燃料电池和磷酸型燃料电池；高温燃料电池(工作温度在600－1000℃)，包括熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。

31.为什么燃料电池有着很大的发展潜力？

在最近一二十年里，美国特别注意燃料电池的研制工作，日本则在引进美国技术的基础上大力进行技术开发。 燃料电池之所以引起一些发达国家的重视，主要是因为它有以下优点：

01)高效率。由于直接将燃料的化学能转换为电能，中间不经过热能转换，转换效率不受热力学卡诺循环的限制；由于没有机械能的转换，可免除机械传动损耗，再加上转换效率不因发电规模大小而变化，故燃料电池具有较高的转换效率；

02)低噪声、低污染。燃料电池在化学能转换为电能的过程中，没有机械运动的部件，只是控制系统有一部分小型运动部件，故它是低噪音的。此外，燃料电池还是低污染的能源。以磷酸型燃料电池为例，它排放的硫氧化物及氮化物都低于美国规定标准两个数量级；

03)适应性强。燃料电池可以使用各种含氢燃料，如甲烷、甲醇、乙醇、沼气、石油气、天然气和合成煤气等，氧化剂则是取之不尽、用之不竭的空气。燃料电池可以做成一定功率(如40千瓦)的标准组件，按照用户的需要组装成不同的功率和型式，安装在用户最方便的地方。如果需要也可以装成大型电站，与常规供电系统并网使用，这将有助于调节电力负荷；

04)建设周期短，维护简便。燃料电池在形成工业化生产之后，发电装置的各种标准组件，可在工厂进行连续化生产。它运输方便，还能在发电站现场进行组装。有人估算40千瓦磷酸型燃料电池的维护量，仅为同等功率柴油发电机的25%。

由于燃料电池具有这么多优点，美国和日本都十分重视它的发展。

32.什么是纳米电池？

纳米即10^－9米，纳米电池即用纳米材料(如：纳米MnO₂，LiMn₂O₄，Ni(OH)₂等)制作的电池。纳米材料具有特殊的微观结构和物理化学性能(如量子尺寸效应，表面效应，和隧道量子效应等)。目前国内技术成熟的纳米电池是纳米活性碳纤维电池。主要用于电动汽车、电动摩托和电动助力车上。该种电池可充电循环1000次，连续使用达10年左右。一次充电只需20分钟左右，平路行程达400KM，重量在128kg，已经超越美、日等国的电池汽车水平，它们生产的镍氢电池充电约需6－8小时，平路行程300KM。

33.什么是塑料锂离子电池？

目前所说的塑料锂离子电池是指采用离子导电的聚合物作为电解质，这种聚合物可以是干态的也可以是胶态的。

34.电池对环境有什么影响？

现今几乎所有电池均不含汞，但重金属仍然是汞电池、可充电镍镉电池、铅酸电池的必要组成部分。如果处置不当且数量较多的话，这些重金属将对环境产生有害的影响，目前国际上已有专门机构回收氧化锰、镍镉和铅酸电池。例如：非盈利机构RBRC公司。

35.环境温度对电池性能有何影响？

在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降，电极的反应率也下降。假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反，即电池输出功率会上升。温度也影响电解液的传送速度。温度上升则加快传送，温度下降传送减慢，电池充放电性能也会受到影响，但温度太高，超过45℃，会破坏电池内的化学平衡，导致副反应。

36.什么是绿色环保电池？

绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制、开发的一类高性能、无污染电池。目前已经大量使用的金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池和可充电电池以及正在研制、开发的锂或锂离子塑料蓄电池和燃料电池等都属于这一范畴。此外，目前已广泛应用并利用太阳能进行光电转换的太阳电池(又称光伏发电)，也可列入这一范畴。

37.目前正在使用和研究的“绿色电池”有哪些？

新型绿色环保电池是指近年来已经投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子蓄电池、金属氢化物镍蓄电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料蓄电池、燃烧电池、电化学储能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外，目前已经广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池。

38.废旧电池的危害性的主要体现在那里？

对人体健康和生态环境危害较大、列入危险废物控制名录的废电池主要有：含汞电池，主要是氧化汞电池；铅酸蓄电池：含镉电池，主要是镍镉电池。由于废弃电池乱扔，这些电池会污染到土壤、水域、人通过食用蔬菜、鱼等食用物、对人的健康造成伤害。

39.废旧电池污染环境的途径是什么？

这些电池的组成物质在使用过程中，被封存在电池壳内部，并不会对环境造成影响。但经过长期机械磨损和腐蚀，使得内部的重金属和酸碱等泄露出来，进入土壤或水源，就会通过各种途进入人的食物链。全过程简述如下：土壤或水源——微生物——动物——循环粉尘——农作物——食物——人体——神经——沉积并发病。 其它水源植物食品消化生物从环境中摄取的重金属可以经过食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物中成千上万地富积，然后经过食物进入人的身体，在某些器官中积蓄造成慢性中毒。