蓄电池的原理

【2015-03-12】

   电池是一种将物质的化学反应所释放出来的能量直接转化为电能的装置。顾名思义，电池是装电的池子，犹如水池，电池的电压及容量类似于水池的水位高低和蓄水量。电池电压的高低说明电池可能对外释放电能的多少，电池容量则说明电池所储存电量的多少。电池通常由四部分组成，即正负电极、电解液、隔膜及外壳。

   电极是电池的核心部分，一般由活性物质和导电骨架组成，活性物质是能够通过化学变化释放出电能的物质，导电骨架主要起传导电子和支撑活性物质的作用。电池内的电极又分为正(电)极和负(电)极。用电池标识标出“+”的一端为正极，标出“？”的一端为负极。

   电池放电时在负极上进行氧化反应，向外提供电子;在正极上进行还原反应，从外电路接受电子。电流经外电路而从正极流向负极，电解质是离子导体，离子在电池内部的正负极之间定向移动而导电，阳离子流向正极，阴离子流向负极。 电池放电的负极为阳极，放电的正极为阴极，在阳极的两类导体界面上发生氧化反应，在阴极的两类导体界面上发生还原反应。整个电池形成了一个由外电路的电子体系和电解液的离子体系构成的完整放电体系，从而产生电能供电。

   在化学电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属及氢或碳氢化合物等。正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物，氧或空气，卤素及其盐类，含氧酸及其盐类等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质等。当外电路断开时，两极之间虽然有电位差(开路电压)，但没有电流，存储在电池中的化学能并不转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路。

   同时在电池内部，由于电解质中不存在自由电子，电荷的传递必然伴随两极活性物质与电解质界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的物质迁移。电荷在电解质中的传递也要由离子的迁移来完成。因此，电池内部正常的电荷传递和物质传递过程是保证正常输出电能的必要条件。充电时，电池内部的传电和传质过程的方向与放电相反。电极反应必须是可逆的，才能保证反方向传质与传电过程的正常进行。因此，电极反应可逆是构成蓄电池的必要条件。

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