銀鋅蓄電池電動(dòng)勢(shì)的變化,主要受正極板的化學(xué)反應(yīng)階段性影響,而與電解液的密度無(wú)關(guān)。 銀鋅蓄電池正、負(fù)極的電極電位φ與氫氧化鉀百分比濃度N的關(guān)系如圖1所示。從圖中可以看出氫氧化鉀濃度變化(相當(dāng)于密度變化)時(shí),正、負(fù)極的電極電位都要變化,但它們的差值即電池的電動(dòng)勢(shì)基本保持不變。因此,銀鋅蓄電池的電動(dòng)勢(shì)與電解液的密度無(wú)關(guān)。
與鉛蓄電池一樣,銀鋅蓄電池的內(nèi)電阻也由極板電阻、電解液電阻和極板與電解液的接觸電阻組成。由于銀鋅蓄電池在充、放電過(guò)程中不消耗氫氧化鉀,因此內(nèi)電阻的變化受電解液的影響較小,主要由極板生成物質(zhì)的電阻決定。例如在放電過(guò)程的第一階段,正極板生成阻值較高的氧化銀,負(fù)極板也部分被氫氧化鋅所遮蓋,因此內(nèi)電阻將逐漸增大。笫二階段由于正極板生成導(dǎo)電性很好的銀,因此內(nèi)電阻反而有所減小。
銀鋅蓄電池的工作原理
銀鋅蓄電池在充好電后,其正極板的活性物質(zhì)是過(guò)氧化銀(Ag2O2),負(fù)極板的活性物質(zhì)是鋅,電解液是以氫氧化鉀為主,并配以鋅酸鹽的飽和水溶液。放完電后,正極板的活性物質(zhì)變?yōu)殂y,負(fù)極板則變?yōu)闅溲趸\[Zn(OH)2]。
放電時(shí),在負(fù)極鋅與電解液中的氫氧根離子化合,生成氫氧化鋅,并放出兩個(gè)電子,其化學(xué)反應(yīng)式為:
Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e
在正極,化學(xué)反應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段,過(guò)氧化銀獲得電子并與水化合,生成氧化銀(Ag2O)和氫氧根離子,其化學(xué)反應(yīng)式為:
Ag2O2+H2O+2e→Ag2O+OH-
當(dāng)放電進(jìn)行到一定程度時(shí),轉(zhuǎn)入第二階段,氧化銀又獲得電子,并與水化合,生成銀和氫氧根離子,其化學(xué)反應(yīng)式為:
Ag2O+H2O+2e→2Ag+OH-
與此同時(shí),生成的銀還會(huì)與過(guò)氧化銀進(jìn)行如下反應(yīng):
2Ag+Ag2O2→2Ag2O
綜合以上4個(gè)反應(yīng)式,得到放電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)式如下:
Ag2O2+ 2Zn + 2H2O→2Ag + 2Zn(OH)2
從上述化學(xué)反應(yīng)過(guò)程可知,在放電時(shí)負(fù)極板上的鋅被氧化,生成氫氧化鋅,同時(shí)消耗掉氫氧根離子;正極板上的過(guò)氧化銀被還原,先生成氧化銀,繼而生成銀,同時(shí)消耗掉水,并產(chǎn)生氫氧根離子;電解液中的氫氧化鉀并無(wú)消耗掉,離子鉀和離子氫氧根僅是在兩極間起輸送電能的作用,但水則參與化學(xué)反應(yīng),不斷被極板吸收,氫氧化鉀的濃度越來(lái)越大。
銀鋅蓄電池的化學(xué)反應(yīng)也是可逆的,故充、放電的化學(xué)反應(yīng)式為:
Ag2O2+ 2Zn + 2H2O 2Ag + 2Zn(OH)2
銀鋅電池電極反應(yīng)式
常用的紐扣式銀鋅電池,放電時(shí)的電極反應(yīng)式分別為:
Zn極 Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2
Ag2O極 Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH
十大原電池與電極反應(yīng)式
一、十大原電池
1、普通鋅錳干電池:Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O
負(fù)極(Zn):Zn-2e-=Zn2+
正極(C):2MnO2+2e-+2NH4+=Mn2O3+2NH3↑+H2O
堿性鋅錳干電池:Zn+2MnO2+H2OZn(OH)2+Mn2O3
負(fù)極(Zn):Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正極(C):2MnO2+2e-+H2O=Mn2O3+2OH-
2、鉛蓄電池:2PbSO4+2H2O充電 =放電Pb+PbO2+2H2SO4
負(fù)極(Pb):Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正極(PbO2):PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
3、鈕扣電池:Ag2O+Zn=2Ag+ZnO
負(fù)極(Zn):Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O
正極(Ag2O):Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
4、鎳鎘電池:Cd(OH)2+2Ni(OH)2充電= 放電Cd+2NiO(OH)+2H2O
負(fù)極(Cd):Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正極[NiO(OH)]:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2 +2OH-
5、銀鋅電池:Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2
負(fù)極(Zn):Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正極(Ag2O):Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
6、氫鎳電池:H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2
負(fù)極(通入H2):H2-2e-+2OH-=2H2O
正極[NiO(OH)]:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2 +2OH-
7、心臟起搏器:2Zn+O2+4HCl=2ZnCl2+2H2O
負(fù)極(Zn):Zn-2e-=Zn2+
正極(通入氧氣):O2+4e-+4H+=2H2O
8、海水標(biāo)志燈:4Al+O2+6H2O=4Al(OH)3
負(fù)極(Al):Al-3e-=Al3+
正極(通入O2):O2+4e-+2H2O=4OH-
9、氫氧燃料電池:2H2+O2=2H2O
酸電解質(zhì) 負(fù)極(通入H2):H2-2e-=2H+
正極(通入氧氣):O2+4e-+4H+=2H2O
堿電解質(zhì):負(fù)極(通入H2):H2-2e-+2OH-=2H2O
正極(通入氧氣):O2+4e-+2H2O=4OH-
碳酸鈉電解質(zhì):負(fù)極(通入H2):H2-2e-+CO32-=CO2↑+H2O
正極(通入氧氣和二氧化碳):O2+4e-+2CO2=2CO32-
NiO電解質(zhì):負(fù)極(通入H2):H2-2e-+O2-H2O
正極(通入氧氣):O2+4e-=2O2-
10、鋰電池:Li+FePO4= LiFePO4
負(fù)極(Li):Li-e-=Li+
正極(FePO4):FePO4+e-+Li+=LiFePO4
二、電極反應(yīng)式的書寫
以氫氣與氧氣在堿性環(huán)境中的燃料電池為例。
1、先分析總反應(yīng),失去電子的物質(zhì)為負(fù)極,得到電子的物質(zhì)為正極; 2、然后分析物質(zhì)失去電子或者得到電子應(yīng)該變成什么;
例如,氫氣失去電子應(yīng)該變成氫離子,氧氣得到電子應(yīng)該變成氧離子; 3、然后再考慮電解質(zhì)環(huán)境;
如堿電解質(zhì)環(huán)境,氫離子不可能存在,應(yīng)該和氫氧根離子生成水,而氧離子在水溶液中不存在,應(yīng)該與水反應(yīng)生成氫氧根離子(由氧化鈉與水反應(yīng)遷移過(guò)來(lái))。 這樣,就有了氫氧燃料電池在KOH作電解質(zhì)的電極反應(yīng)式。
負(fù)極(通入H2):H2-2e-+2OH-2H2O
正極(通入氧氣):O2+4e-+2H2O=4OH-