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14-2 實用電池

在文檔中 第三冊理化講義 (頁 115-121)

先前所討論的伏打電池乃是利用化學作用使的化學能轉換成電能故 又稱之為化學電池。而伏打電池內的反應物(填充物)因為消耗而減少,

反應變慢,電流也因此而變小,時間一久便無法在產生電流了。因此 使用上極為不方便,因此科學家不斷的研究改良其效率,常見的電 池種類如下:

一.乾電池:任何電池都必須由正負兩電極及電解質水溶液所成,如 果在電解質水溶液中加入少量澱粉混合成糊狀物,使電 解液不易外滲,且攜帶方便,這種電池稱之為乾電池。

一般而言,指的是碳鋅電池。

1.構造:外殼是鋅片為負極,而 中央是碳棒為正極,內 部填滿糊狀的化學物質,

如右圖。

2.填充物:於電池正極的四周填滿 氯化鋅(ZnCl2)、氯化銨 (NH4Cl)、二氧化錳(MnO2)

、石墨粉、澱粉等等,並加入少量的水成糊狀物質。

3.特性:

(1).乾電池之電解質是糊狀物質,並非液體亦不是固體,故稱乾電 池。

(2).乾電池內,離子在糊狀物質中之傳遞電荷的角色和在液體電池 中導電情形一樣,正離子游向正極,負離子游向負極。

(3).乾電池很難進行逆反應,故只能放電不能充電,且電壓比較小 約為1.5 伏特,且隨使用時間而降低。

(4).內部之糊狀物質不易有漏液的情形,如果使用時間太長或長期

不使用時,則需檢查是否有外漏情形。

3.鉛電池的放電與充電:

(1)放電:用導線接上電器,正接正,負接負,電池即可放電。

負極:鉛溶解後放出電子而形成鉛離子,並與硫酸根離子形成白色 的硫酸鉛沈澱。

負極反應:Pb + SO42-  PbSO4 +2 e

正極:二氧化鉛得到電子與硫酸反應亦產生白色硫酸鉛沈澱與水。

正極反應:PbO2 + SO42- + 4 H+ + 2 e  PbSO4 + 2 H2O

放電過程中硫酸逐漸減少而水分逐漸增加,因此硫酸的濃度與 密度均變小,所以電池的電壓也隨之降低。

(2)充電:電池外接直流電源,使其進行放電反應的逆向反應。

用導線接上電器,正接正,負接負,電池即可放電。

負極: 負極的硫酸鉛得到電子而產生鉛與硫酸。

負極反應: PbSO4 +2 e  Pb + SO42-

正極:硫酸鉛與水反應放出電子,產生二氧化鉛與硫酸。

正極反應: PbSO4 + 2 H2O  PbO2 + SO42- + 4H+ +2 e

充電過程中硫酸逐漸增加而水分逐漸減少,此時兩電極的質量逐漸 減少。一個鉛電池的電壓為2 伏特,若需較高電壓時,可將數個電池 串聯使用。鉛電池的放電與充電的總反應與電流流向圖如下所示。

放電 充電

四.鋰電池、鎳氫電池:過去鋰電池不能充電,但於 1991 年所開發出 的可充電鋰電池,以成為現代電子工業中的 重要器材,如大哥大及電腦中即普遍使用鋰 電池。而鎳氫電池的負極採用能吸收氫原子 的特殊合金,取代過去一般常用的鎳鎘電池 中的鎘,除符合環保而且電壓穩定外,壽命

亦比較長。

9.汽車所使用的鉛蓄電池,若其電壓是 12 伏特,則其內的蓄電池是 (1)並聯 6 個 (2)並聯 12 個 (3)串聯 6 個 (4)串聯 12 個。

10.關於鉛蓄電池的敘述,何者錯誤? (1)將數個鉛蓄電池並聯,可得 較高之電壓 (2)正極為二氧化鉛,負極為鉛 (3)放電後兩極皆變成 硫酸鉛 (4)充電時,電子自鉛電池的正極經導線流回外電源的正 極。

11.鉛電池中正、負極交互配置時 (1)負極與負極相連,正極與正極相 連 (2)正極與負極相連 (3)正極與負極交連 (4)正、負極混連。

12.乾電池放電時,電子由 (1)鋅經外電路至碳棒 (2)鋅經內電路至碳 棒 (3)碳棒經外電路至鋅 (4)碳棒經內電路至鋅。

<高手過招>

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