第三章习题解答
10.试写出下列电池的电极反应、成流反应以及电解液和集电器名称： (1)碱性锌－锰原电池 (2)锂—二氧化锰原电池 (3)锌—氧化汞电池 (4)碱性镍－镉电池 (5)氢镍蓄电池 (6)氢—氧燃料电池 解：(1) 碱性锌－锰原电池
电解液，浓KOH电解质溶液.碱性圆柱形锌－锰电池的钢壳为为正极的集流器，而中心的钢集流器与锌紧密接触，并连接电池底邻成为负极端。 (2)锂—二氧化锰原电池
解：锂—二氧化锰电池表达式为： (-)Li | LiClO4+PC+DME| MnO2,C（+）
负极反应： Li?e?Li
正极反应： MnO2?Li?e?LiMnO2 电池反应： MnO2?Li?LiMnO2
电解液是，LiClO4+PC+DME（电解质LiClO4溶解于PC和1,2-DME混合溶剂中）。 电池以不锈钢外壳和石墨分别作为负极和正极的集电器。
(3)锌—氧化汞电池
解：锌—氧化汞电池的表达式为：(-)Zn|浓KOH | HgO，C(+)，电池的负极反应与碱性电解液的锌锰电池相同，
正极反应： HgO?H2O?2e?Hg?2OH
电池反应： Zn?HgO?2OH?H2O?Hg?[Zn(OH)4] 该电池采用浓的KOH溶液作电解液，集电器分别为Zn和石墨。
(4)碱性镍－镉电池 解：
?2????9
对于碱性Ni/Cd电池的成流反应，电池放电时负极镉被氧化生成氢氧化镉；在正极上羟基氢氧化镍接受了由负极经外电路流过来的电子，被还原为氢氧化镍。集电器分别为Cd和羟基氢氧化镍。电解液为相对密度为1.25～1.28的KOH溶液。 (5)氢镍蓄电池
解：氢镍电池的负极可采用混合稀土贮氢合金(如LaNiHx，x＝6)或钛－镍合金(MHx)，正极采用碱性Ni/Cd电池中Ni电极技术，并加以改进。电池表达式为：
该电池以KOH溶液作为电解液。 (6)氢—氧燃料电池
低温碱性氢上氧燃料电池。负极是用Ni粉和Pt、Pd烧结而成，或用镍的化物Ni2B制作，正极是有效面积很大的银，高浓度KOH为电解质，采用石棉或钛酸钾作隔膜。其电极反应为
一—
负极反应：H2＋2OH2H2O＋2e
——
正极反应：1/2O2十H2O＋2e2OH 电池反应：H2＋1/2O2H2O
电动势1.15V，工作电压0.95V，工作温度353～363K，此电池已用于航天飞机上。
11.下表为从电池在不同放电电流下的放电数据记录(电池质量50g) (1)绘出两放电电流下的放电曲线（E/V-Q/mA·h·g-1）。
(2)解释为什么相同初终放电电压而不同放电电流下电池容量不尽一样? i=15mA i=40mA E/V t/min E/V t/min 3.24 0 3.24 0 3.11 60 3.12 45 3.10 120 3.08 90 3.08 240 3.00 180 3.06 330 2.80 240 3.00 600 2.72 270 2.85 660 2.50 310 2.75 700 2.60 740 解：(1)绘出两放电电流下的放电曲线（E/V-Q/mA·h·g-1）。 E/V i=15mA t/min Q//mA·h·g-1 E/V i=40mA
10
3.24 0 0 3.24 0 0 3.11 60 0.3 3.12 45 0.6 3.10 120 0.6 3.08 90 1.2 3.08 240 1.2 3.00 180 2.4 3.06 330 1.65 2.80 240 3.2 3.00 600 3 2.72 270 3.6 2.85 660 3.3 2.50 310 4.1 2.75 700 3.5 2.60 740 3.7 t/min Q//mA·h·g-1 3.532.5E/V21.510.500100200300400500Q/mA·h·g-1600700800i=40mAi=15mA (2) 由上图可见，放电电流的大小对电池容量有较大的影响。对于给定的电池，由于欧姆内阻和有电流通过时极化内阻的存在，电池容量和放电电压随放电电流的增加而减小，电池的使用寿命也随着减小。尽管在初终放电电压相同条件下放电，但电池容量仍然随放电电流的增加而减小，电池的使用寿命也随着减小。电池放电电流的大小常用放电倍率表示，即对于一个具有额定容量C的电池，按规定的小时数放电的电流。
图1两放电电流下电池的放电曲线额定容量（A?h) 放电倍数＝放电电流（A)例如，某电池额定容量为20A·h，若以4A电流放电，则放完20A·h的额定容量需要5h，即以5h率放电，放电倍率表示为“C/5”(或“0.2C’’)；若以0.5h率放电，对于额定容量为20A·h的电池，就是用40A的电流放电，放电倍率为“C/0.5”(或“2C”)。根据放电倍率的大小，电池可以分成低倍率(＜0.5C)、中倍率(0.5～3.5C)、高倍率(3.5～7C)和超高倍率(＞7C)四类。放电倍率越大，表示放电电流越大，电池容量亦会降低较大。这就解释为什么相同初终放电电压而不同放电电流下电池容量不尽一样的原因。
12.下表为碱性锌-锰电池的开路电压(OCV)和放置时间的关系，放置10个月后电池存量下降了10％，
(1)试汁算平均自放电速率，并绘出OCV-放置时间曲线；(2)试说明引发该电池A放电的主要原因。 OCV/V t/d
解：(1)电池自放电的大小一般用单位时间内电池容量减少的百分数来表示。
每天平均自放电速率=10%C/300d=0.033333%C/d 并绘出OCV-放置时间曲线如下图。
(2)引发该电池A放电的主要原因为：锌在与碱溶液接触时的热力学不稳定性，导致锌负极在碱性电解液中的溶解及水中的H+离子还原为氢气而导致自放电。
1.52 0 1.44 30 1.42 60 1.40 120 1.38 180 1.36 240 1.36 300 11
1.541.521.501.481.461.441.421.401.381.361.34050100150t/d图12题. 开路电压对放置时间曲线
OCV/V20025030035013.对于嵌入反应：
xLi?V3O8?LixV3O8[电解液为1mol?L?1 LiClO4+PC:DME(1:1)]
(1)试将该反应设计成二次电池并写出相应的电极反应。 (2)试根据嵌入的锂离子的量x，计算电池的理论容量。 (3) 试简述研究该二次电池性能的一般方法。 解：(1) Li/V3O8成二次电池表达式为
(?)Li1mol?L?1LiClO4?PC:DME(1:1)V3O8(?)
负极反应:: xLi?xLi?xe
正极反应: xLi??V3O8?xe?LixV3O8
????电池充放电反应为：xLi?V3O8??????LixV3O8 充电(2) 设x?1
放电C?mzF1000?2?26.8??7722.23 A·h·kg-1或＝7722.23 mA·h·g-1 M6.941(3) 近年来锂离子电池的研究工作重点在碳负极材料的研究上，且已经取得了新的进展。但是锂离子电池要达到大规模的应用，对于碳负极材料还需要提高锂的可逆储量和减少不可逆逆容量损失，从而有利于负极比容量的提高和电池比能量的提高。
与锂离子电池负极的发展相比，正极材料的发展稍显缓慢，主要停留在对含锂金属氧化物的研究上。原因在于尽管从理论上能脱嵌锂的物质很多，但要将共制备成能实际应用的材料却非易事，制备过程中的微小变化都可能导致样品结构和性质巨大差异，因而对现有材料的改进仍然是工作的重点。
14. 对于燃料电池：（-）（Pt）,CH3OH | 1mol?LH2SO4 | O2(Pt)，(+) (1)试写出电极反应和电池反应，并计算标准电池电动势。
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