原電池裝置中各部分的作用

Ⅰ 原電池與電解池的極化作用各有什麼特點

第一節 分解電壓
使電能轉變成化學能的裝置稱為電解池.當直流電通過電解質溶液,正離子向陰極遷移,負離子向陽極遷移,並分別在電極上起還原和氧化反應,從而獲得還原產物和氧化產物.若外加一電壓在一個電池上,逐漸增加電壓直至使電池中的化學反應發生逆轉,這就是電解.實驗表明,對任一電解槽進行電解時,隨著外加電壓的改變,通過該電解槽的電流亦隨之變化.例如,使用兩個鉑電極電解HCl 溶液時,使用圖9.1 的線路裝置,改變可變電阻,記錄電壓表和電流表的讀數,則可測量電解槽兩端電位差與電流強度的關系曲線.開始時,當外加電壓很小時,幾乎沒有電流通過電解槽;電壓增加,電流略有增加;當電流增加到某一點後,電流隨電壓增大而急劇上升,同時電極上有連續的氣泡逸出.
在兩電極上的反應可表示如下:
陰極 2H+(aH+)+2e →H2(g, p)
陽極 2Cl (aCl
-)→Cl2(g, p)+2e
當電極上有氣泡逸出時,H2 和Cl2 的壓力等於大氣壓力.
電解過程分析:當開始加外電壓時,還沒有H2 和Cl2 生成,它們的壓力幾乎為零,
稍稍增大外壓,電極表面上產生了少量的H2 和Cl2,壓力雖小,但卻構成了一個原電池(自發地進行如下反應)
(-) H2(p)→2H+(aH+)+2e-
(+) Cl2(g)+2e-→2Cl-(aCl-)
此時,電極上進行反應的方向正好與電解所進行的反應的方向相反.它產生了一個與外加電壓方向相反的反電動勢Eb.由於電極上的產物擴散到溶液中了,需要通過極微小的電流使電極產物得到補充.繼續增大外加電壓,電極上就有H2 和Cl2 繼續產生並向溶液中擴散,因而電流也有少許增加,相當於圖9.2 中I-E 曲線上的1-2 段.此時由於pH2 和pCl2 不斷增加,對應於外加電壓的反電動勢也不斷增加,直至氣體壓力增至等於外界大氣壓力時,電極上就開始有氣泡逸出,此時反電動勢Eb 達到最大值Eb, max 將不再繼續增加.若繼續增加外加電壓只增加
溶液中的電位降(E 外-Eb, max)=IR,從而使電流劇增,即相當於I-E 曲線中2-3 段的直線部分.將直線部分外延到I=0處所得的電壓就是Eb, max,這是使某電解液能連續不斷發生電解時所必須的最外加電壓,稱為電解液的分解電壓.從理論上講Eb, max 應等於原電池的E(可逆),但實際上Eb, max 卻大於E(可逆).是由兩方面的原因引起的.一是由於電解液,導線和接觸點都有一定的電阻,欲使電流通
過必須用一部分電壓來克服IR 電位降,這相當於把I2R 的電觸轉化為熱.二是由於實際電解時在兩個電極上進行的不可逆電極過程所引起,即要使正離子在陰極析出,外加的陰極電勢一定要比可逆電極電勢更負一些,使負離子在陽極析出,外加的陽極電勢一定要比可逆電勢更正一些.我們把由於電流通過電極時,電極電勢偏離可逆電極電勢的現象稱為極化現象.實際上I-E 曲線上分解電壓的位置不能確定的很精確,且I-E 曲線並沒有十分確切的理論意義,所得到的分解電壓也常不能重復,但它卻很有實用價值.電解質的分解電壓與電極反應有關.例如一些酸,鹼在光滑鉑電極上的分解電壓都在1.7 V 左右.它們的分解電壓基本上和電解質的種類無關,這是因為這些酸,鹼的電解產物均是H2(陰極)和O2(陽極).它們的理論分解電壓都是1.23 V,由此可見,即使在鉑電極上,H2 和O2 都有相當大的極化作用發生.氫鹵酸的電壓都較1.7 V 小,而且其數值各不相同,這是因為在兩電極上出現的產物是氫鹵酸的分解物.電極反應和電解產物不一樣,自然,分解電壓也就有差異了.小結:我們把使某種電解質開始電解反應時所必須施加的最小電壓,稱為該電解質的分解電壓.理論分解電壓也稱為可逆分解電壓,等於可逆電池電動勢.但實際工作中電解以一定速率進行,過程已不可逆.這時的分解電壓E(實)>E(理),原因是:當電流通過時,電極有極化作用,電路有電阻.實驗表明:電解不同的電解質,如果電極反應相同,分解電壓基本相同.
第二節 極化作用
一,極化現象
我們已經知道,無論是對水的電解,或是其它物質的電解,它們的分解電壓總是大於計算得到的可逆電動勢.這是因為當電流通過電極時,每個電極的平衡都受到破壞,使得電極電位偏離平衡電位值.這種在電流通過電極時,電極電位偏離平衡值的現象,稱為電極的極化.極化現象的出現,以及溶液中存在著一定的歐姆電位降,這些都是分解電壓大於可逆電動勢的原因.實際分解電壓可表示為E(分解)=E(可逆)+ E(不可逆)+IR式中,E(可逆)是指相應的原電池的電動勢,即理論分解電壓;IR 由於電池內溶液,導線和接觸點等電阻所引起的電勢降; E(不可逆)則是由於電極極化所致, E(不可逆)= η(陰)+ η(陽), η(陰)和η(陽)分別表示陰,陽極上的超電勢.當電極上無電流通過時,電極處於平衡狀態,此時的電勢為φ(平)(平衡電勢),隨著電極上電流密度(I/S)的增加,電極的不可逆程度愈來愈大,其電勢值為φ(平)的偏差也越大,通常可用極化曲線(即描述電流密度與電極電勢間關系的曲線)來描述這種偏離程度.
為了明確地表示出電極極化的狀況,常把某一電流密度下的φ(不可逆)與φ(平)之間的差值稱為超電勢.由於超電勢的存在,在實際電解時要使正離子在陰極上析出,外加於陰極的電勢須更負於可逆電極;要使負離子在陽極析出,外加於陽極電勢比可逆電極電勢更正一些.
下面我們將討論引起電極極化的原因.
當電流通過電極時,為什麼會發生陽極電勢升高,陰極電勢降低的電極極化現象呢 這是因為當有電流I 過電極時,發生一系列的過程,並以一定的速率進行,而每一步都或多或少地存在著阻力.要克服這些阻力,相應地各需要一定的推動力,表現在電極電勢上就出現這樣那樣的偏離.按照極化產生的不同原因,通常可簡單地把極化分為兩類:電化學極化和濃差極化.將與之相應的超電勢稱為電化學超電勢(或活化超電勢)和濃差超電勢.一般說來,可將產生超電勢的原因歸納為以下三點:
(1)濃差超電勢:在電解過程中,由於電極表面附近的離子在電極上發生反應而析出,結果使表面濃度與溶液體相濃度的不同所造成的反電動勢叫做濃差超電勢.
(2)電化學超電勢(或活化超電勢):由於參加電極反應的某些粒子缺少足夠的能量來完成電子的轉移,因此需要提高電極電勢,這部分提高的電勢叫做活化超電勢.它與電極反應中某一個最緩慢步驟的反應活化能有關,故有此名.
(3)電阻超電勢:當電流通過電極時,在電極表面或電極與溶液的界面上往往形成一薄層的高電阻氧化膜或其它物質膜,從而產生表面電阻電位降,這個電位降稱為電阻超電勢.這種情況不具有普遍意義,因此我們只討論濃差極化和電化學極化.
二,濃差極化
當有電流通過電極時,若在電極—溶液界面處化學反應的速率較快,而離子在溶液中的擴散速率較慢,則在電極表面附近有關離子的濃度將會與遠離電極的本體溶液中有所不同.
現以Ag|Ag+為例進行討論.
將兩個銀電極插到濃度為c 的AgNO3 溶液中進行電解,陰極附近的Ag+沉積到電極
上去(Ag++e-→Ag),使得該處溶液中的Ag+濃度不斷地降低.若本體溶液中的Ag+擴散到該處進行補充的速度趕不上沉積的速度,則在陰極附近Ag+的濃度ce 將低於本體溶液濃度c(電極附近是指電極與溶液之間的界面區域,在通常攪拌的情況下其厚度不大於10 3～10 2 cm).在一定的電流密度下,達穩定狀態後,溶液有一定的濃度梯度,此時ce 具有一定的穩定值,就好象是電極浸入一個濃度較小的溶液中一樣.此濃差極化數值與濃差大小有關,即與攪拌情況,電流密度等有關.
三,電化學極化(或活化極化)
假定溶液已攪拌得非常均勻或者已設法使濃差極化降低至可以忽略不計,同時又假定溶液的內阻以及各部分的接觸電阻很小,均不予考慮,則從理論上講要使電解質溶液進行電解,外加的電壓只需略微大於因電解而產生的原電池的電動勢就行了.但是實際上有些電解池並不如此.要使這些電解池的電解順利進行,所加的電壓還必須比該電池的反電動勢大才行,特別是當電極上發生氣體的時候.我們把這部分能使電解順利進行的額外電壓稱為電化學超電勢(或稱為活化超電勢).顯然,活化超電勢是由於電極反應是分若干步進行的,這些步驟中可能有某一步反應速率比較緩慢,需要比較高的活化能導致的.活化超電勢的大小是電極活化極化的量度.析出電勢和超電勢是對個別電極而言的,
φ(陽, 析出)=φ(陽, 可逆)+ η(陽)
φ(陰, 析出)=φ(陰, 可逆)- η(陰)
分解電壓是對整個電解池而言
E(分解)=φ(陽, 析出)-φ(陰, 析出)=E(可逆)+ η(陽)+ η(陰)
四,氫超電勢
研究電化學極化是從研究氫超電勢開始的.研究氫超電勢不僅對電極過程研究的理論發展起了重要的作用,而且對實際生產也有著十分重要的作用.許多電化學工業都和氫在陰極上的析出有聯系,由於氫超電勢的存在,直接對工業生產發生了利害關系.
例如在電解水制氫和氧時,由於超電勢的存在,增加了電能的消耗.但事物都是分為二的.極譜分析法就是利用氫在汞陰極上有很高的超電勢,才實現了對溶液中金屬離子的分析測定.又如利用氫在鉛上有較高的超電勢,才能實現鉛蓄電池的充電.因此,我們著重討論有關氫超電勢的一些問題.
1,影響氫超電勢的因素
根據對很多有關實驗數據的分析,發現氫超電勢與電流密度,電極材料,電極表面狀態,溶液組成,溫度等有密切關系.早在1905 年,Tafel 提出了一個經驗式,表示氫超電勢與電流密度的定量關系,稱為Tafel 公式η=a+b ㏑ j
式中j 是電流密度,a,b 是常數.其中,a 是j 等於1 A cm-2(10000 A m-2時的超電勢值,它與電極材料,電極表面狀態,溶液組成以及實驗溫度等有關.
b 的數值對於大多數的金屬來說相差不多,在常溫下接近於0.050 V.如用以10 為底的對數,b≈0.116 V.意味著,j 增加10 倍,η 約增加0.116V.氫超電勢的大小基本上決定於a 的數值,因此a 的數值愈大,氫超電勢也愈大,其不可逆程度也愈大.如用η 為縱坐標,㏑ j 為橫坐標作圖,Tafel 關系是一條直線.
若j 很小時,若按Tafel 關系,η→∞,這當然不對.因為當j→0 時,電極的情況接近於可逆電極η=0.j 較低時,η 與j 的關系可表示為η= ωj, ω值與金屬電極的性質有關,可表示在指定條件下氫電極的不可逆程度.
2,氫超電勢產生的機理
關於氫在陰極電解時的機理的研究,從本世紀三十年代開始有了很大的發展,提出了不同的理論,例如遲緩放電理論和復合理論等.在不同的理論中也有一些共同點,如:都提出H+的放電可分為幾個步驟進行.有
(1) H3O+從本體溶液中擴散到電極附近.
(2) H3O+從電極附近的溶液中移到電極上.
(3) H3O+在電極上放電.
(4) 吸附在電極上的H 原子化合為H2.
(5) H2 從電極上擴散到溶液內形成氣泡逸出.
其中(1),(5)兩步已證明不能影響反應速率,至於(2),(3),(4)三步中,哪一步最慢,意見不一致,遲緩放電理論認為第三步最慢,而復合理論認為第四步最慢,也有人認為在電極上各反應步驟的速率相近,屬聯合控制.在不同的金屬上,氫超電勢的大小不同,可設想採用不同的機理來解釋.一般說來,對氫超電勢較高的金屬如Hg、Zn、Pb、Cd 等,遲緩放電理論基本上能概括全部的實驗事實.對氫超電勢低的金屬如Pt、Pd(鈀)等則復合理論能解釋實驗事實.而對於氫超電勢居中的金屬如Fe、Co、Cu 等,則情況要復雜得多.但無論採用何種機理或理論,最後都應能得到經驗的Tafel 關系式.
五,超電勢的測定
測定超電勢實際上就是測定在有電流通過電極時的極化電極電勢數值.超電勢數值的大小和通過電極的電流密度大小密切相關.因此通常是由實驗測得不同電流密度下的電極電勢,作出極化曲線,即可求得某電極在指定電流密
度下的超電勢.測量電極的超電勢,一般採用如圖9.3 的裝置.
電極1:研究電極(或待測電極)
電極2:輔助電極(一般用Pt 片)
甘汞電極:參比電極(通常將電極的支管的尖端拉成直徑約1 mm 左右的毛細管,靠近研究電極表面,以減少溶液中的歐姆降IR 值).(參比電極應根據研究溶液的性質而定,常用飽和甘汞電極.電解池中面積已知的待測電極1 和輔助電極2,經一可變電阻與直流電源聯成迴路,為極化迴路,內有電流計A 以測量迴路中的電流.改變電阻可調節迴路中電流的大小,從而調節通過待測電極的電流密度j.將待測電極與電勢較穩定的甘汞電極組成一個原電池,接到電位差計上,組成一測量迴路,採用對消法測量該電池電動勢. (甘汞)已知,測E 可算出φ1.這種控制電流密度j,使其分別恆定在不同的數值,然後測定相應的電極電勢φ 的方法稱為恆電流法.把測得的一系列不同電流密度下的電勢畫成曲線,即得極化曲線.對於電解池,因陽極是正極,陰極是負極,所以陽極電勢高於陰極電勢,外加電壓,即分解電壓與電流密度的關系如圖9.4(a)
E(分解)=E(可逆)+△E(不可逆)=E(可逆)+ η(陽)+ η(陰
由圖可知,電解池工作時,所通過的電流密度越大,即不可逆程度越高,超電勢越大,則外加壓也要增大,所消耗的電功也越多.對於原電池,控制其放電電流,同樣可以在其放電過程中,分別測定兩個電極的極化曲線.因陰極是正極,陽極是負極,所以陰極電勢高於陽極電勢,隨電流密度增大,由於極化作用,負極(陽極)的電極電勢比可逆電勢值愈來愈大,正極(陰極)的電極電勢比可逆電勢值愈來愈小,兩條曲線有相互靠近的趨勢,原電池的電動勢逐漸減少,所做電
功則逐漸減小.E(不可逆)=E(可逆)- η(陽)- η(陰)
討論:從能量消耗的角度看,無論原電池還是電解池,極化作用的存在都是不利的.為了使電極的極化減小,必須供給電極以適當的反應物質,由於這種物質比較容易在電極上反應,可以使電極上的極化減少或限制在一定程度內,這種作用稱為去極作用.這種外加的物質則叫做去極化劑.
第三節 電解時電極上的反應
當電解池上的外加電壓由小到大逐漸變化時,其陽極電勢隨之逐漸升高,同時陰極電勢逐漸降低.從整個電解池來說,只要外加電壓加大到分解電壓的數值電解反應即
(a) 電解池中兩電極的極化曲線
(b) 原電池中兩電池的極化曲線
開始進行;從各個電極來說,只要電極電勢達到對應離子的"析出電勢",則電解的電極反應即開始進行.電解時陰極發生還原反應,陽極發生氧化反應.因此,凡是能在陰極上得到電子在陽極上放出電子的反應,都有可能電解.所以不僅利用電解法可以制備和精煉許多金屬,而且還可以制備某些無機和有機化合物.不僅能控制電位以獲得較為純凈的產品,而且還能使原來分步完成的反應在某一中間步驟停止,而得到所需要的產品.
一,金屬的析出與氫的超電勢
當電解金屬鹽類的水溶液時,在陰極可能析出氫氣或金屬.究竟發生什麼反應,則不僅要考慮它們的平衡電極電勢(熱力學性質),還要考慮在一定電流密度下的超電勢(動力學性質),即看其離子析出電勢的大小而定.
φ(陰,析)=φ(平)-φ(陰)
φ(陽,析)=φ(平)+φ(陰)
在實際生產中氫超電勢現象十分重要.通常它起著兩種不同的作用,一是有利於生產的順利進行,另一是使生產過程消耗過多的電能.例如食鹽電解工業中用汞陰極進行電解,就是利用氫在汞上的超電勢較高,因此在陰極上才有可能形成汞齊而不析出H2.在此電解法中,Na+ 在汞陰極上的放電電勢是-1.83 V,氫在汞上的超電勢為1.35 V,因此H+放電要比Na+困難得多.Na+放電後形成的鈉汞齊是金屬Na 溶液在汞中所成的液態合金,2Na(Hg)+2H2O → 2NaOH+H2+2Hg
反應產生和汞又回到電解糟中去重新使用.此法所得燒鹼純度高,適用於人造纖維工業.在金屬沉積中也常遇到H2 的超電勢問題.利用氫在不同金屬上的超電勢,可以在陰極鍍上Zn,Cd,Ni 等而不會有H2 析出.
在化學電源中超電勢現象也同樣重要.例如,鉛蓄電池充電時的
陰極反應PbSO4+2e-→Pb+SO42-
陽極反應PbSO4+2H2O→PbO2+4H+ +SO42-+2e-
這兩個電極反應的電流效率都很高,也是因為H2 和O2 分別在這兩個電極上有較大的超電勢,若沒有這種超電勢現象,則充電過程將完全變成電解水的作用了.
一般說來,在電解過程中,一方面應注意因電解池中溶液濃度的改變所引起的反電動勢的改變,同時還要注意控制外加電壓不宜過大,以防止H2 也在陰極同時析出.
二,金屬離子的分離
如果溶液中含有各種不同的金屬離子,它們分別具有不同的析出電勢,則析出電勢越高的離子,越易獲得電子而優先還原成金屬.所以,在陰極電勢逐漸由高變低的過程中,各種離子是按其對應的電極電勢由高到底的次序先後析出的.各種金屬析出的過電勢一般都很小(電流密度較小時),可近似用φR 代替析出電勢.
例如電解液中含有濃度各為1 mol kg 1的Ag+,Cu2+和Cd2+離子,則因
φ (Ag)>φ (Cu)>φ (Cd),而首先析出Ag,其次析出Cu,最後析出Cd.依據這一道理控制陰極電勢,能夠將幾種金屬依次分離.但是,若要分離得完全,相鄰兩種離子的析出電勢必須相差足夠的數值,一般至少要差0.2 V 以上,否則分離不完全.在上述溶液中,當陰極電勢達到+0.799V 時,Ag 首先開始析出.隨著Ag 的析出,陰極電勢逐漸下降.當陰極電勢降低到第二種金屬Cu 開始析出的0.337 V 時,由能斯特方程可以算出,此時Ag+濃度已降至1.5×10-8 mol kg-1,相應E(分解)增大.而當陰極電勢降至第三種金屬Cd 開始析出的-0.403 V 時,Cu2+的濃度已降至10 25 mol kg-1,可以認為已經分離得非常完全了.不難推斷,當兩種金屬析出電勢相同時,調整離子濃度或提高超電勢,都可使兩種金屬在陰極上同時析出.電解法製造合金就是依據這一原理.
φ
三,電解還原與氧化的應用
電解時陰極上的反應當然並不限於金屬離子的析出,任何能從陰極上獲得電子的還原反應都可能在陰極上進行;同樣,在陽極上也並不限於陰離子的析出或陽極的溶解,任何放出電子的氧化反應都能在陽極上進行.若溶液中含有某些離子,具有比H+較正的還原電勢,則H2 就不再逸出,而發生該種物質的還原.通常稱這種物質為陰極去極化劑.同理,若要減弱因陽極上析出O2 或C12 等所引起的極化作用,則可加入還原電勢較負的某種物質,使基比OH-先在陽極氧化,這種物質稱為陽極去極化劑.
例如,用某種電極電解1mol kg-1 的HC1;若在陽極區加入一些FeC13,則由於Fe3+的φ(還原)高於H+的φ(還原),所以Fe3+在陰極區還原為Fe2+,而避免了析出H2 的極化作用;若在陽極區加一些FeC12,則Fe2+在陽極氧化為Fe3+,而避免了生成C12 的極化作用.Fe3+是直接從陰極上取得電子而還原.最簡單的去極化劑是具有高低不同價態的離子例如鐵和錫的離子.去極化劑的作用相當於一個氧化還原電極,它有較恆定的電極電勢,其數值取決於高價和低價離子活度的比值.
另一類去極化作用雖有H+參加,但沒有H2 析出,這些反應常是不可逆的,且實際
的電極過程也並不十分清楚.例如陰極上硝酸鹽及硝基苯還原的反應.去極化劑在電化學工業中應用得很廣泛.例如電鍍工藝中為了使金屬沉積的表面既光滑又均勻,常加入一定的去極化劑,以防止因H2 放出而使表面有孔隙或疏鬆現象.
電解氧化和還原的應用是十分廣泛的,如電解制備,塑料電鍍,鋁及其合金的電化學氧化和表面著色等.
1,電解制備
例如電解食鹽水制備C12 和NaOH 的氯鹼工業,用電解法提純金屬如電解銅,生產合金如黃銅,電解水以制備純凈的H2 和O2,電解法制雙氧水等.有機物的電解制備在近年來也研究得很多.電解制備的主要優點為:
(1)產物比較純凈,易於提純,用電解法進行氧化和還原時不需另外加入氧化劑或還原劑,可以減少污染.(2)適當地選擇電極材料,電流密度和溶液的組成,可以擴大電解還原法的適用范圍,通過控制反應條件還可以使原來在化學方法中是一步完成的反應,控制在電解的某一中間步驟上停止,有時又可以把多步驟的化學反應在電解槽內一次完成,從而得到所要的產物.
2,塑料電鍍
為了節約金屬,減輕產品重量和降低成本,目前在建築業,汽車製造業及人們日常生活中越來越多地採用塑料來代替金屬.電鍍步驟大致為,先使各種塑料(如ABS,尼龍,聚四氟乙烯等)表面去油,粗化及進行各種表面活性處理,然後用化學沉積法使其表面形成很薄的導電層,再把塑料鍍件置於電鍍槽的陰極,鍍上各種所需的金屬,電鍍後的塑料製品能夠導電,導磁,有金屬光澤和提高了焊接性能,而且機械性能,熱穩定性和防老化能力等都有所提高.
3,鋁及其合金的電化學氧化和表面著色
金屬鋁及其合金由於質輕,導電,導熱及延展性能好,故在電子工業,機械製造和輕工業等方面有廣泛的應用.但是由於鋁質軟不耐磨,表面氧化膜約4 m,抗蝕性能差,色澤單調,所以它的應用受到極大的限制.鋁及其合金的電化學氧化也稱陽極氧化,可以改變鋁製品的性能.方法為,把鋁或其合金置於相應的電解液(硫酸,鉻酸,草酸等)中作為陽極,在特定的工作條件和外加電流的作用下,在陽極表面形成一層厚度為5～20 m 的氧化膜,硬質陽極氧化膜厚度可達60～200 m.經陽極氧化處理後的鋁及其合金有較高的硬度和耐磨性,有良好的耐熱性,絕緣性,抗蝕性和絕熱性,使得它在航天,航空,電氣,電子工業上有廣泛的用途.有關化學電源:
電能是現代生活的必需品,電能是最重要的二次能源,大部分的煤和石油製品作為一次能源用於發電.(注:一次能源——指在自然界現成存在,可以直接取得且不必改變其基本形態的能源,如煤炭,天然氣,地熱,水能等.由一次能源經過加工或轉換成另一形態的能源產品,如電力,焦炭,汽油,柴油,煤氣等屬於二次能源.)煤或油在燃燒過程中釋放能量,加熱蒸汽推動電機發電,它的實質是化學能→機械能→電能的過程,這種過程通常是要靠火力發電廠的汽輪機和發電機來完成.另外一種把化學能直接轉化為電能的裝置,統稱化學電池或化學電源.如收音機,手電筒,照相機上用的干電池,汽車發動機用的蓄電池,鍾表上用的鈕扣電池等都是小巧玲瓏攜帶方便的日常用品.常見的電池類型:
鋅一錳干電池:日常用的收音機,手電筒里使用的都是干電池,其電壓一般為1.5 V(它為一次性電池,當電壓降至0.8 V,就不能再用了)電音量隨體積大小而異(分1號,2 號,3 號,4 號,5 號等).鉛蓄電池:蓄電池放電到一定程度,可以利用外電源進行充電再用,這樣充電放電可以反復n 百次.鉛蓄電池每個單元電壓為2.0 V 左右,汽車用的電瓶一般由3 個單元組成,即工作電壓在6.0 V 左右.若電音量為幾十至100 A,放電時,單元電壓降到1.8V,
就不能繼續使用,必須進行充電.只要按規定及時充電,使用得當,一個電池可以充放電300 多次,否則使用壽命會大大降低.這種蓄電池具有電動勢高,電壓穩定,使用溫度范圍寬原料豐富,價格便宜等優點.主要缺點是笨重,防震性差,易溢出酸霧,維護不便,攜帶不便等.鹼性蓄電池:日常生活中的充電電池就屬此類.它的體積,電壓都和干電池差不多,攜帶方便,使用壽命比鉛蓄電池長得多,使用恰當可反復充放電上千次,但價格較貴,商品電池中有鎘-鎳(Ni-Cd)和(Ni-Fe)兩類,由於電池的充,放電反應是在鹼性條件下進行的,所以叫鹼性電池.銀-鋅電池:電子手錶,液晶顯示的計算器或一個小型的助聽器等所需電流是微安或毫安級的它們所用的電池體積很小,有"鈕扣"電池之稱.它們的電極材料是Ag2O2和Zn,所以叫銀-鋅電池.它具有質量輕,體積小等優點.這類電池已用於宇航,火箭,潛艇等方面.燃料電池:H2,CH4(甲烷氣),C2HSOH 等物質在O2 中燃燒時,能將化學能直接轉化為電能,這種裝置叫燃料電池
此外,鋰-錳_____________(Li-Mn)電池,鋰-碘電池,鈉-硫電池,太陽能電池等多種高效,安全,價廉的電池都在研究之中.化學電源的研究和開發是化學科學的重要研究領域之一,也是能源工作者研究領域之一.
__

Ⅱ 原電池電動勢測定實驗中鹽橋的作用是什麼

原電池裝置中鹽橋作用：鹽橋起到了使整個裝置構成通路的作用

鹽橋是怎樣構成原電池中的電池通路呢？Zn棒失去電子成為Zn2+進入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+過多，帶正電荷。Cu2+獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2+過少，SO42-過多，溶液帶負電荷。當溶液不能保持電中性，將阻止放電作用的繼續進行。鹽橋的存在，其中Cl-向ZnSO4 溶液遷移，K+向CuSO4 溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應可以繼續進行。

Ⅲ 汽車 電器部分的組成,各組成部分的作用

一、汽車電器主要組成部分

1．電源系統

包括蓄電池、發電機、調節器。其中發電機為主電源，發電機正常工作時，由發電機向全車用電設備供電，同時給蓄電池充電。調節器的作用是使發電機的輸出電壓保持恆定。

蓄電池，蓄電池為可逆的直流電源。在汽車上使用最廣泛的是起動用鉛蓄電池，它與發動機並聯，向用電設備供電。蓄電池的作用是：當發動機啟動時，向啟動機和點火系供電；在啟動機不發電或電壓較低的情況下向用電設備供電；當用電設備同時接入較多，發電機超載時，協助發電機供電；當蓄電池存電不足，而發電機負載又較少時，它可將發電機的電能轉變為化學能儲存起來。因此它在汽車上佔有重要位置。如何正確使用和維護保養蓄電池，對延長蓄電池的使用壽命極為重要。所以，汽車修理廠要擔負維護、修理及啟用新蓄電池等作業項目。

發電機是汽車電系的主要電源，它在正常工作時，對除起動機以外的所有的用電設備供電，並向蓄電池充電，以補充蓄電池在使用中所消耗的電能。

汽車所用的發電機有直流發電機、交流發電機。直流發電機是利用機械換向器整流，交流發電機是利用硅二極體整流，故又稱硅整流發電機。

汽車用電器都是按照一定的直流電壓設計的，汽油機常用12V，柴油機常用24V 。在汽車上，發電機既是用電器的電源，又是蓄電池的充電裝置。為了滿足用電器和蓄電池的要求對發電機的供電電壓和電流變化范圍也有一定的限制。

直流發電機所匹配的調節器一般都是由電壓調節器，電流限制器，截斷繼電器三部分組成。而交流發電機調節器都可大大簡化。由於硅二極體具有單向導電的特性，當發電機電壓高於蓄電池動勢時，二極體有阻止反向電流的作用，所以交流發電機不再需要截流繼電器。

由於交流發電機具有限制輸出電流的能力因此也不再需要限流器。但它的電壓仍是隨轉速變化而變化的，所以為了得到恆定的直流電壓，還必需裝有電壓解調器。

2．啟動系統

包括串勵式直流電動機、傳動機構、控制裝置。其作用是用於啟動發動機。

起動機是用來起動發動機的，它主要由電機部分、傳動機構（或稱嚙合機構）和起動開關三部分組成。

3．點火系統

包括點火開關、點火線圈、分電器總成、火花塞等，其作用是產生高壓電火花，點燃汽油機發動機汽缸內的混合氣。

在現代汽油發動機中，氣缸內燃料和空氣的混合氣大多採用高壓電火花點火。電火花點火具有火花形成迅速，點火時間准確，調節容易以及混合氣點燃可*等優點。

為了在氣缸中產生高壓電火花，必須採用專門的點火裝置。

點火裝置按電能的來源不同，可分為蓄電池點火和磁電機點火兩大類。

4．照明系統

包括汽車內、外各種照明燈及其控制裝置。用來保證夜間行車安全。主要有前照燈、霧燈、尾燈、制動燈、棚燈、電喇叭、轉向燈閃光器等。

5．信號系統

包括喇叭、蜂鳴器、閃光器及各種行車信號標識燈。用來保證車輛運行時的人車安全。

6．儀表系統

包括各種電器儀表（電流表、充電指示燈或電壓表、機油壓力表、溫度表、燃油表、車速及里程錶、發動機轉速表等）。用來顯示發動機和汽車行駛中有關裝置的工作狀況。

汽車儀表的作用是幫助駕駛員隨時掌握汽車主要部分的工作情況，及時發現和排除可能出現的故障和不安全因素，以保證良好的行使狀態。汽車常用儀表有電流表、水溫表、發動機機油壓力表、燃油油量表及車速里程錶，有的汽車還有發動機轉速表和制動系貯氣筒氣壓表等。

① 電流表

電流表串聯在充電電路中，是用來指示蓄電池充、發電狀態的儀表，按結構形式可分為電磁式、動磁式和光電指示燈式。最常用的是電磁式電流表，它具有結構簡單耐振等特點。

② 機油壓力表

機油壓力表（油壓表）可用來指示，發動機機油壓力的大小和發動機潤滑系工作是否正常。它由裝在儀錶板上的油壓指示表和裝在發動機主油道中或粗濾器上的感測器兩部分組成。

③ 水溫表

水溫表可用來指示發動機水泵中冷卻水的工作溫度是否正常。它由裝在儀錶板上的水溫指示表和裝在發動機汽缸蓋水泵上的水溫感測器（俗稱感溫室）兩部分組成，兩者用導線相通。常用水溫指示表為雙金屬式電磁式，感測器有雙金屬式和熱敏電阻式兩種。

④ 燃油表

燃油表可用來指示燃油箱內儲存燃油量的多少。它由裝在儀錶板上的燃油指示表和裝在燃料箱內的感測器兩部分組成。燃油指示表有電磁式和雙金屬式兩種，感測器均為可變電阻式。

⑤ 車速里程錶

車速里程錶是用來指示汽車行駛速度和累計汽車行駛里程數的儀表。它由車速表和里程錶兩部分組成。

7．輔助電器系統

包括電動刮水器、空調器、低溫啟動預熱裝置、收錄機、點煙器、玻璃升降器等。

隨著汽車輔助工業的發展和現代化技術在汽車方面的應用，現代汽車裝用的輔助電氣設備很多，除了汽車用音響設備，通訊器材和汽車電視等服務性裝置外，都是一些與汽車本身使用性能有關的電氣設備。如電動刮水器，電動洗窗器，電動玻璃升降器，暖風通風裝置、電動座位移動機構，發動機冷卻系電動風扇、電動燃料泵，冷氣壓縮機用電磁離合等等。這些輔助電氣設備大體可分三類：電機類、電磁離和器類和電動泵類。

① 雙速電動式刮水器

雙速電動式刮水器一般是由一個直流並激（或復激）電動機和一套減速傳動機構組成。

② 風窗玻璃防冰霜設備

冬季風窗玻璃上易結冰霜，用刮水器是無法清除的,有效的辦法是將玻璃加熱。在空調設備的汽車上，將熱風吹向風窗玻璃，就可以避免結冰。

在無空調設備的汽車上，風窗玻璃可利用電阻絲來加熱，在風窗玻璃的內面貼有三根鎳鉻絲，通過加熱，就可防止冰霜，這種裝置耗電量為30-50W,效果很好。國外有些高級轎車上採用電子加熱器,通過三級管的控制,使電阻絲通電加熱。

③ 電熱塞

冬季由於進入柴油機內的空氣溫度較低，壓縮混合空氣達不到著火的溫度，因此，起動比較困難。為了使柴油機冬季易起動，在柴油機燃燒室內裝用了電熱塞，用來提高汽缸內的空氣溫度。

④ 晶體管電動汽油泵

汽車上一般裝用的膜片式汽油泵，雖然結構簡單、效能可*，但由於它安裝在發動機的機體上，夏季常因為發動機溫度高使供油系產生"氣阻"現象，使汽油流通不暢，近年來由於半導體的發展和應用，汽車上已裝用電動汽油泵，以代替膜片式汽油泵。

⑤ 電磁離合器

電磁離合器是一種常見的自動控制元件，它具有工作可*，容易實現遠距離控制等特點。在汽車上，它常被用做冷氣壓縮機驅動離合器和發動機冷卻系風扇離合器。當汽車空調系統中製冷量過剩時，通過它將傳動皮帶輪與壓縮機主軸脫開；當汽車發動機散熱器冷卻能力過剩時，可通過它使風扇滑轉以減少發動機的動力消耗，在氣溫較低的季節里，僅風扇離合器一項就可降低汽車的油耗率2%左右。

8．電子控制系統

包括電控燃油噴射裝置、電子點火裝置、制動防抱死裝置、自動變速器等。

二、汽車電器系統的特點

1、低壓——汽油車多採用12V，柴油車多採用24V。

2、直流——主要從蓄電池的充電來考慮。

3、單線制——單線制即從電源到用電設備使用一根導線連接，而另一根導線則用汽車車體或發動機機體的金屬部分代替。單線制可節省導線，使線路簡化、清晰，便於安裝與檢修。

4、負極搭鐵——將蓄電池的負極與車體相連接，稱為負極搭鐵。

汽車電機信息一切盡在 http://www.cnamnic.com.cn中國汽車電機網.
本論壇提供汽車電機技術參數、汽車電機供求信息、汽車電機原理的最全面最豐富信息！歡迎進入中國汽車電機網論壇交流溝通！

Ⅳ 電流保護是由哪幾部分組成 各部分的作用是什麼

繼電保護裝置一般由測量.邏輯和執行三大基本部分組成。其中測量部分的作用是測內量容被保護設備的物理量，如電流.電壓.阻抗.電壓電流之間的相位差等，再與給定的整定值比較，以確定電子機械繫統是否發生故障或出現不正常工作狀態，然後輸出相應的信號至邏輯元件

Ⅳ 什麼是繼電保護裝置繼電保護裝置由哪幾部分組成各部分的作用是什麼

（1）當電力系抄統中的電力元件（襲如發電機、線路等）或電力系統本身發生了故障危及電力系統安全運行時,能夠向運行值班人員及時發出警告信號,或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備.實現這種自動化措施的成套設備,一般通稱為繼電保護裝置.
（2）繼電保護裝置由測量部分、邏輯部分和執行部分組成.
（3）作用：測量部分是判斷保護是否應該啟動；
邏輯部分是根據測量部分輸出量的大小、性質、輸出的邏輯狀態,出現的順序或他們的組合,使保護裝置按一定的邏輯關系工作,最後確定是否應跳閘或發信號,並將有關命令傳給執行元件.
執行部分是根據邏輯元件傳遞的信號,最後完成保護裝置所擔負的任務.

Ⅵ 高壓配電櫃各組成部分及相應的構造及各部位在高壓配電中所起到的作用

一般高壓配電櫃的組成分為：高壓進線櫃/PT計量櫃/避雷櫃/母聯櫃/變壓器櫃/出線櫃/電容補償櫃等等。。。
主要部件有：高壓斷路器（真空/SF6等）/電壓互感器/電流互感器/避雷器/隔離刀開關/電容/電度表/各類保護繼電器等等。。。

Ⅶ 直流穩壓電源有哪幾部分組成各部分的作用是什麼

你好！直流穩壓電源由電源變換器、橋式整流濾波電路以及穩壓電路構成。通過變壓，整流，濾波，穩壓過程將220V交流電，變為穩定的直流電壓。

本人大學期間正好做過基於proteus模擬的直流穩壓電源設計，我的設計主要採用直流穩壓構成集成穩壓電路，通過變壓，整流，濾波，穩壓過程將220V交流電，變為穩定的直流電壓，並實現電壓可在1.25V-37V可調，整個設計由proteus 模擬實現。你可以參考以下圖文獲得proteus模擬文件和Word論文文檔。

Ⅷ 原電池中電解質的作用是什麼 舉例子詳細點說

原電池中電解質的作用是：

1. 形成迴路.

2. 提供反應環境（酸性、鹼性）;

3. 有的提供反應物.

例如：電解質溶液一般參與正極反應的,如銅鋅原電池是電解質溶液中的氫離子得到電子在正極銅片上生成氫氣.
因為電極電勢問題,電子能順著導線經外電路到達正極,若沒有形成閉合迴路,是電解質溶液直接在負極上得到電子。

Ⅸ 電力系統由哪幾部分主成;各部分的作用是什麼

電力系統的主體結構有電源、電力網路和負荷中心組成。

1、電源指各類發電廠、站，它將一次能源轉換成電能。

2、電力網路由電源的升壓變電所、輸電線路、負荷中心變電所、配電線路等構成。

3、電力系統中負荷相對集中的地區。

電力系統功能是將電源發出的電能升壓到一定等級後輸送到負荷中心變電所，再降壓至一定等級後，經配電線路與用戶連接。

電力系統中網路結點千百個交織密布，有功潮流、無功潮流、高次諧波、負序電流等以光速在全系統范圍傳播。它既能輸送大量電能，創造巨大財富，也能在瞬間造成重大的災難性事故。

為保證系統安全、穩定、經濟地運行，必須在不同層次上依不同要求配置各類自動控制裝置與通信系統，組成信息與控制子系統。它成為實現電力系統信息傳遞的神經網路，使電力系統具有可觀測性與可控性，從而保證電能生產與消費過程的正常進行以及事故狀態下的緊急處理。

(9)原電池裝置中各部分的作用擴展閱讀：

電力系統需要依靠統一的調度指揮系統以實現正常調整與經濟運行，以及進行安全控制、預防和處理事故等。根據電力系統的規模，調度指揮系統多是分層次建立，既分工負責，又統一指揮、協調，並採用各種自動化裝置，建立自動化調度系統。

電能生產、供應、使用是在瞬間完成的，並需保持平衡。因此，它需要有一個統一的調度指揮系統。這一系統實行分級調度、分層控制。

主要工作：

1、預測用電負荷；

2、分派發電任務，確定運行方式，安排運行計劃；

3、對全系統進行安全監測和安全分析；

4、指揮操作，處理事故。完成上述工作的主要工具是計算機。

Ⅹ 繼電保護裝置主要由哪幾個部分組成各部分的作用在什麼

繼電保護裝置一般由測量.邏輯和執行三大基本部分組成。其中測量部分的作用是測量內被保護設備的物容理量，如電流.電壓.阻抗.電壓電流之間的相位差等，再與給定的整定值比較，以確定電子機械繫統是否發生故障或出現不正常工作狀態，然後輸出相應的信號至邏輯元件