單元陸:實用電池

一、化學電池

()、電池的演進:

1.義大利科學家伏打發明了人類史上的第一顆電池(伏打電池)以來,由電流量小、電壓不穩,不具實價值的伏打電池;直到現代較具實用性的各種電池,人類不斷從技術上改良電池的效能,無論在電壓和電流或持續使用的時間上都有很大的進步。

2.本單元所指的電池皆為化學電池,其能量的轉變為:化學能轉換成電能,利用電池內的化學物質反應產生電能的裝置。

3.生活中常見的電池大多具有下列特質之一:
電壓穩定、電功率大、便宜、輕便或者環保(毒性較低)…等。因為有這些特性的電池才具經濟價值,故稱為:實用的電池。

()、電池的分類:

1.常用的電池可分為:可充電和不可充電二種。

2.【可充電】:又稱為二次電池蓄電池

(1)例如:鉛電池、鋰電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等。

(2)可充電的電池具有內裝密閉、充電反應不會生成氣體的等性,故於充電時較為安全。

3.【不可充電】:又稱為一次電池

(1)例如:錳乾電池(碳鋅電池)、鹼性電池,只能使用一次,用過即無法再行充電的電池。

(2)此類電池在內裝上並不密閉,放電後的生成物散失而無進行逆反應,故無法再充電原還,且有些電池若強行充電會有爆炸或短路的危險。

二、乾電池

()、乾電池的內容物:

1.乾電池仍含有糊狀物而不易流動故而得名,其導電原理與電解質溶液相同;皆是藉由【離子】導電形成電流。

1.     基本構造及內含物(如下圖一示):

2.    

2.乾電池使用後不可充電,以免爆炸發生危險。

3.傳統的乾電池又稱為碳鋅電池,每個電池可產生1.5V的電壓。

()、乾電池的特性:

1.乾電池雖名為「乾」,卻含有少量的水,其糊狀物依賴「離子」導電,且導電的效果與電解質水溶液相當。

2.依乾電池的型式大小可分為四種:

(1)一號電池:體積最大,又稱:D型。

(2)二號電池:體積次之,又稱:C型。

(3)三號電池:體積稍小,又稱:AA型。

(4)四號電池:體積最小,又稱:AAA型。
此四種乾電池只在使用時間上有差別,而電壓皆相同,為1.5
V

3.乾電池的優點:

(1)因質量小、體積小而攜帶方便,常用在隨身攜帶的電器。

(2)技術簡單而容易製造,且價格便宜。

(3)相較於水銀電池、鎳鎘電池等以重金屬為原料的電池而言,乾電池的內容物毒性較低。

4.乾電池的缺點:

(1)乾電池的電壓不穩,持續工作的時間不長。

(2)使用後鋅外殼因溶解容易造成糊狀物外漏的現象。

(3)因壽命較短,故更換頻率高而造成廢電池的數量多,乾電池對環境造成的汙染不容忽視。

三、鹼性電池

1.因電池內容物電解液具有強鹼性故而得名。

2.一般較常見的鹼性電池多指【鹼錳電池】,外觀與乾電池相似,但以【氫氧化鉀】為電解液。

3.較乾電池的壽命長電流較大電壓穩定,故頗受歡迎,但價格較乾電池貴。

4.鹼性電池在放電後不能再行充電,且所含的強鹼會對環境造成汙染,任何電池在使用後都應回收處理,不可任意丟棄。

四、鉛電池

1.鉛電池為蓄電池的一種,電壓穩定且功率較其他電池為大。

2.凡使用後可以重複充電使用者,俗稱為【充電電池】。

3.可充電的電池在充電時,須將電池的正極接外電源的正極,電池的負極接外電源的負極。

4.充電時能量的轉換過程為:【電能】→【化學能】。

充電時【電子流】的方向是與電流方向相反;由外電源的負極流至鉛電池的負極,再經由鉛電池的正極流向外電源的正極。

()、鉛電池的構造:

1.鉛電池的正極板為【二氧化鉛】、負極板為【】,以【稀硫酸】為電解液。(如圖二)

2.一個鉛電池的電壓為2伏特,可視需要再加以串聯成電池組,例如:發動汽車所需的電壓為12V,故汽車用的鉛電池為6個鉛電池串聯的電池組。

3.正極板與負極板皆做成簿片柵狀,目的在增加與稀硫酸的接觸面積,以提高化學反應速率,增加電池的功率。

4.為縮短正極板與負極板的距離而採用交互配置方式,如此可減少電池的內電阻,並減少能量的損失。

5.因為正、負極的距離很近,在正、負極板之間放置絶緣板以避免發生短路。

()、鉛電池的反應:

2.鉛電池放電時的化學反應如下:

(1)負極半反應:

(2)正極半反應:

3.綜合上述半反應,鉛電池放電的總反應為:

5.鉛電池的充電反應即為放電時的逆反應,其總反應表示如下:

6.鉛電池的充電裝置:(如圖三所示)以直流電源充電,且鉛電池的正極需接至外電源的正極,電池的負極接於外電源的負極。

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