能源化学(一).ppt

第二节、 氧化还原反应和原电池： 化学反应：非氧化还原反应 氧化还原反应 氧化还原反应： 参加反应的原子或离子的氧化数发生变化的一类化学反应，叫氧化还原反应。 1、氧化剂、还原剂： 任何氧化还原反应，无论简单与复杂，都有相同的特点，比如一种（或几种）原子的氧化数升高，另一（些）原子的氧化数必然降低。 例如：O*2+2H*2==2H2O 2、离子方程式： 对于水溶液中进行的氧化还原反应，离子是可以自由运动的，有些离子与氧化数的变化有关，而有些离子与氧化数的变化无关。这样，可以简化方程式。例如： Cl**2 + 2NaOH== NaCl + NaClO + H2O Cl**2 + 2OH- == Cl- + ClO- + H2O 3、原电池：由化学反应产生电流的装置。 置换反应：Zn + Cu2+→ Cu + Zn2+(反应快、现象明显)，是一个氧化还原反应，从原理上来说， Zn失去电子，传递给Cu2+，这种传递过程是在Zn板和Cu2+溶液界面上直接进行的。丹尼尔设计了一个特殊的装置，是电子的传递通过外电路进行。称为丹尼尔电池。 原则上，任何氧化还原反应的原理都是传递电子，因此一般来说，任何氧化还原反应都可以设计成原电池。 原电池的电极反应和正、负极判断： 丹尼尔电池的电池反应：Zn + Cu2+→ Cu + Zn2+ 可以分为两个半反应,在原电池中称为半电池或电极反应：一个失去电子，另一个得到电子： Zn → Zn2++2e（-） Cu2++2e→ Cu （+） 4、电极电位 丹尼尔电池：为什么在两个电极之间发生电子沿一定方向的转移呢？ 双电层理论：平衡电极电位 二、化学电源 1、干电池 2、铅蓄电池 电池符号（-）Pb︱H2SO4︱PbO2（+） （-）Pb+SO4- ==PbSO4 （+）PbO2+H2SO4+2H++2e==PbSO4+H2O 电池反应： PbO2+2H2SO4 + Pb====2 PbSO4+H2O 3、锂离子电池的原理与应用 锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称。由于锂的标准电极电位很负（相对标准氢电极电位为-3.05V）。因此，与常规电池相比，具有电压高（3V 左右）等特点。已实用化的锂电池有 Li-MnO2， 锂离子电池是20世纪90年代由日本、美国率先开发出来的新型可充电电池。锂离子电池具有能量大、单体电压高、充电次数多、放电性能稳定、自放电率低、无记忆效应、无环境污染等诸多优点，深受社会关注。近年来，随着电视摄录器材的数字化、一体化、便携化，锂离子电池在视频领域的应用也受到重视。  锂离子符号为Li-ion。电池的基本内部构造由正极/隔离膜/负极三层组成。正极材料由钴氧化锂制成，负极材料由改性石墨制成，隔离膜采用只允许锂离子通过的聚烯多孔膜，电池中的电溶液采用有机溶剂。锂离子电池的正、负极材料从微观上看都是层状结构。  原电池反应原理： 负极： Li（石墨层）= Li+ （钴氧化锂层） + e 正极： Li+ （钴氧化锂层） + e = Li （石墨层） 充放电原理： 放电： Li（石墨层）= Li+ （钴氧化锂层） + e 充电： Li+ （钴氧化锂层） + e = Li （石墨层） 锂离子电池的使用寿命是多长？锂离子电池的使用寿命取决于使用条件及使用方法等多种因素。从理论上讲，大约可充放电500次左右。 锂离子电池充电前需要放电吗？锂离子电池没有记忆效应，无需放电。 锂电池同样不适合过放电，过放电对锂电池同样也很不利。 锂离子电池(Li-ion)是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰，负极是锂。 电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可能充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。 后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。 当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。 而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。 同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层