Tipos de baterías químicas
1． Batería seca: la abreviatura de batería seca de zinc-manganeso ordinaria se utiliza en linternas generales. Se utiliza un cilindro de zinc hecho de piel de zinc como electrodo negativo y también sirve como contenedor. el centro como electrodo positivo y se agrega una tapa de cobre en la parte superior de la varilla de carbono. La varilla de carbón de grafito se llena con una mezcla de dióxido de manganeso y negro de humo, y se envuelve con papel de fibra larga a través del cual los iones pueden pasar como separador. Fuera del separador, se utilizan cloruro de zinc, cloruro de amonio y almidón para hacer una pasta. para formar una solución de electrolitos. La parte superior de la batería se sella con cera y laca. ZnCl2, NH4Cl y pasta de almidón se rellenan alrededor del grafito como electrolito, y MnO2 también se rellena como agente despolarizante (absorbiendo el H2 liberado del electrodo positivo para evitar la polarización, es decir, se utiliza como agente despolarizante). La pasta es para aumentar el ánodo, la tasa de migración de cationes entre los dos electrodos. La reacción del electrodo es: electrodo negativo Zn-2e-=Zn2+electrodo positivo 2NH4++2e-=2NH3+H2H2+2MnO2=Mn2O3+H2O El NH3 producido por el electrodo positivo reacciona con ZnCl2: Zn2++4NH3=[Zn. (NH3)4]2+ La fórmula de reacción total de la batería seca: Zn+2NH4Cl+2MnO2＝ Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O o 2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn(NH3)2]Cl2+ZnCl2+. Mn2O3+H2O El amoníaco generado por el electrodo positivo es absorbido por la solución electrolítica y el hidrógeno generado se oxida en agua mediante dióxido de manganeso. El voltaje de la batería seca es de 1,5 V-1,6 V. Durante el uso, la piel de zinc se corroe, el voltaje cae gradualmente y no se puede recargar ni restaurar, por lo que no es adecuado para un uso continuo a largo plazo. Este tipo de batería tiene poca potencia y es propensa a sufrir expansión o fugas de gas durante el proceso de descarga. Las baterías secas alcalinas de zinc y manganeso de hoy son de tamaño pequeño y tienen buen rendimiento. El electrolito ha cambiado de neutro a alcalino con una mejor conductividad iónica. El electrodo negativo también se ha cambiado de escamas de zinc a polvo de zinc. la descarga La corriente aumenta considerablemente. La capacidad y el tiempo de descarga de las pilas alcalinas secas son varias veces más largos que los de las pilas secas normales.
2. Batería de plomo-ácido: la batería de plomo-ácido se puede descargar y recargar y tiene funciones duales. Está hecho de una carcasa rectangular hecha de caucho duro o plástico transparente y una rejilla hecha de una aleación de plomo y antimonio que contiene entre un 5% y un 8% de antimonio. A la rejilla positiva se le adhiere una capa de PbO2 y un plomo metálico similar a una esponja. Está unido a la rejilla negativa. Ambos polos están sumergidos en una cierta concentración de solución de ácido sulfúrico (la densidad es de 1,25-1,28 g/cm3) y los dos polos están separados por caucho microporoso o plástico microporoso. La reacción de descarga del electrodo es: Electrodo negativo: Pb＋SO42--2e-=PbSO4↓Electrodo positivo: PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4↓＋2H2O El voltaje de la batería de plomo-ácido mantiene 2,0 V en circunstancias normales. el voltaje cae a 1,85 V, es decir, cuando se descarga Cuando la concentración de ácido sulfúrico disminuye y la densidad de la solución alcanza 1,18 g/cm3, la descarga se detiene y es necesario cargar la batería. La reacción del electrodo es: ánodo. : PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-cátodo: PbSO4+2e-=Pb+SO42-cuando la densidad es Cuando aumenta a 1,28 g/cm3, se debe detener la carga. Este tipo de batería tiene buen rendimiento y bajo precio. La desventaja es que es relativamente voluminosa. Descarga y carga La fórmula de reacción total para descargar y cargar la batería: PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4↓+2H2O Muchas de las baterías que se utilizan actualmente en los automóviles son baterías de plomo-ácido. Debido a su voltaje estable, fácil uso, seguridad, confiabilidad y reciclabilidad, se usa ampliamente en la defensa nacional, la investigación científica, el transporte, la producción y la vida.
3. Batería de plata-zinc La batería de plata-zinc es una batería de alta energía, liviana y de tamaño pequeño. Es la fuente de energía para satélites artificiales, cohetes espaciales, estaciones de transmisión de televisión espacial, etc. En la actualidad, existe una batería recargable similar a una batería seca. En realidad, es una batería de almacenamiento de plata y zinc y el electrolito es una solución de KOH. La batería de botón común también es una batería de plata y zinc. Está hecha de acero inoxidable en una pequeña caja redonda compuesta por una carcasa de electrodo positivo y una cubierta de electrodo negativo. El extremo de la caja del electrodo positivo está lleno de un electrodo positivo. material compuesto de Ag2O y una pequeña cantidad de grafito, y la cubierta del electrodo negativo se llena en el otro extremo. Se usa amalgama de zinc como material activo negativo, la solución de electrolito es una solución concentrada de KOH y se usa carboximetilcelulosa como separador. ambos lados de la solución para separar el electrodo de la solución electrolítica.
Electrodo negativo: Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 Electrodo positivo: Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-La batería de plata-zinc es la misma que la batería de plomo-ácido. Debe cargarse después de cargarse. utilizado (descargado) durante un período de tiempo El proceso de carga es el siguiente: Ánodo: 2Ag+2OH-- 2e-=Ag2O+H2O cátodo: Zn(OH)2+2e-=Zn+2OH- La descarga y carga totales. Fórmula de reacción: Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag El voltaje de una pila de botón alcanza los 1,59 V y puede utilizarse durante dos años cuando se instala en un reloj electrónico.
4. Pila de combustible: una pila de combustible es un tipo de pila primaria que hace reaccionar combustible y oxidante para generar corriente eléctrica directamente, por lo que la pila de combustible también es una fuente de energía química. Se diferencia de otras baterías en que no almacena todos los agentes reductores y sustancias oxidantes en la batería, sino que los introduce continuamente desde el exterior durante el funcionamiento y, al mismo tiempo, descarga los productos de reacción del electrodo de la batería. Por lo tanto, la pila de combustible es verdaderamente un "convertidor de energía" que convierte directamente la energía química de la reacción de combustión del combustible en la fuente de energía en energía eléctrica. Los electrodos positivos y negativos de las pilas de combustible están hechos de carbono poroso y níquel, platino, hierro, etc. Desde el electrodo negativo se introducen continuamente hidrógeno, gas de carbón, gas de generador, gas de agua, metano y otros gases; o se introduce continuamente oxígeno desde el electrodo positivo. El electrolito puede utilizar una base (como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, etc.) para separar los dos electrodos. Los productos finales de las reacciones químicas son los mismos que los de la combustión. Las características de las pilas de combustible son una alta utilización de energía, equipos livianos, contaminación reducida y una tasa de conversión de energía de más del 70%. Una pila de combustible típica que se utiliza ampliamente actualmente en la tecnología espacial es la pila de combustible de hidrógeno y oxígeno. Es un nuevo tipo de batería con alta eficiencia y baja contaminación, que se utiliza principalmente en el campo aeroespacial. El material de su electrodo es generalmente un electrodo activado. El electrodo de carbón está incrustado con platino finamente disperso y otros metales como catalizadores, como electrodos de platino, electrodos de carbón activado, etc., que tienen una fuerte actividad catalítica. La solución de electrolito es generalmente una solución de KOH al 40%. La fórmula de reacción del electrodo es: electrodo negativo H22H2H+2OH--2e-=2H2O electrodo positivo O2+2H2O+4e-=4OH-la fórmula de reacción total de la batería es: 2H2+O2=2H2O Otro tipo de pila de combustible utiliza un metal Pieza de platino que se inserta en la solución de KOH a modo de electrodo, y pasa a través de los dos polos respectivamente: metano (combustible) y oxígeno (oxidante). La fórmula de reacción del electrodo es: electrodo negativo: CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O electrodo positivo: 4H2O+2O2+8e-=8OH-. La fórmula de reacción total de la batería es: CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O La celda de combustible de aluminio-aire se ha desarrollado con éxito. Sus ventajas son: tamaño pequeño, alta energía, fácil de usar, no contamina el medio ambiente. y bajo consumo de energía. Este tipo de batería puede sustituir a la gasolina como energía de los automóviles, y también puede utilizarse en radios, fuentes de alimentación de iluminación, cocinas de camping, herramientas de trabajo de campo, etc.
5． Batería de litio: la batería de litio utiliza litio metálico como electrodo negativo, grafito como electrodo positivo y el disolvente inorgánico cloruro de tionilo (SO2Cl2) sufre una reacción de reducción en el electrodo de carbono. El electrolito está compuesto de tetracloruro de litio y aluminio (LiAlCl4) disuelto en cloruro de tionilo. Su reacción general es que el litio reacciona con el cloruro de tionilo para formar cloruro de litio, sulfito de litio y azufre. 8Li+3SO2+Cl2=6LiCl+Li2SO3+2S El litio es el metal con menor densidad. Usar litio como electrodo negativo de la batería puede liberar más energía eléctrica en un volumen y masa menor que usar otros metales de la misma masa. Electrodo negativo. El voltaje es muy estable durante la descarga, tiene un largo tiempo de almacenamiento, puede funcionar en el rango de temperatura de 216,3-344,1 K y tiene una vida útil muy extendida. La batería de litio es una batería de alta energía con las ventajas de peso ligero, alto voltaje, alta eficiencia de trabajo y larga vida útil. Por lo tanto, se ha utilizado en computadoras, cámaras, relojes, marcapasos y como energía para cohetes, misiles. etc. recurso. Microbaterías: Un tipo de microbatería comúnmente utilizada en marcapasos y cohetes es la batería de litio. Este tipo de batería tiene gran capacidad, voltaje estable y puede funcionar normalmente en el rango de temperatura de -56,7 ℃ a 71,1 ℃.
6． Batería de agua de mar En 1991, mi país fue pionero en un nuevo tipo de batería que utilizaba como fuente de energía una batería de aluminio, aire y agua de mar, que se desarrolló con éxito para su uso como señal luminosa de agua de mar. La batería utiliza agua de mar inagotable como solución electrolítica y depende del oxígeno del aire para oxidar continuamente el aluminio y generar corriente. Siempre que la lámpara se coloque en agua de mar durante unos minutos, emitirá una luz blanca deslumbrante y su energía es entre 20 y 50 veces mayor que la de las baterías secas. El material del electrodo negativo es aluminio y el material del electrodo positivo puede ser grafito.
La fórmula de reacción del electrodo es: reacción del electrodo negativo: Al-3e-=Al3+, reacción del electrodo positivo: 2H2O+O2+4e-=4OH-. La fórmula de reacción total de la batería es: 4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)37. La estructura básica de la batería de bromo-zinc desarrollada recientemente en el extranjero consiste en utilizar varillas de carbono como dos polos y una solución de bromuro de zinc como electrolito. La fórmula de reacción del electrodo es: reacción del electrodo negativo: Zn-2e- = Zn2 + reacción del electrodo positivo: Br2 + 2e- = 2Br- La fórmula de reacción total de la batería es: Zn + Br2 = ZnBr2