銀鋅蓄電池電動勢的變化,主要受正極板的化學反應階段性影響,而與電解液的密度無關。 銀鋅蓄電池正、負極的電極電位φ與氫氧化鉀百分比濃度N的關系如圖1所示。從圖中可以看出氫氧化鉀濃度變化(相當于密度變化)時,正、負極的電極電位都要變化,但它們的差值即電池的電動勢基本保持不變。因此,銀鋅蓄電池的電動勢與電解液的密度無關。
與鉛蓄電池一樣,銀鋅蓄電池的內電阻也由極板電阻、電解液電阻和極板與電解液的接觸電阻組成。由于銀鋅蓄電池在充、放電過程中不消耗氫氧化鉀,因此內電阻的變化受電解液的影響較小,主要由極板生成物質的電阻決定。例如在放電過程的第一階段,正極板生成阻值較高的氧化銀,負極板也部分被氫氧化鋅所遮蓋,因此內電阻將逐漸增大。笫二階段由于正極板生成導電性很好的銀,因此內電阻反而有所減小。
銀鋅蓄電池的工作原理
銀鋅蓄電池在充好電后,其正極板的活性物質是過氧化銀(Ag2O2),負極板的活性物質是鋅,電解液是以氫氧化鉀為主,并配以鋅酸鹽的飽和水溶液。放完電后,正極板的活性物質變為銀,負極板則變為氫氧化鋅[Zn(OH)2]。
放電時,在負極鋅與電解液中的氫氧根離子化合,生成氫氧化鋅,并放出兩個電子,其化學反應式為:
Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e
在正極,化學反應分兩個階段進行。第一階段,過氧化銀獲得電子并與水化合,生成氧化銀(Ag2O)和氫氧根離子,其化學反應式為:
Ag2O2+H2O+2e→Ag2O+OH-
當放電進行到一定程度時,轉入第二階段,氧化銀又獲得電子,并與水化合,生成銀和氫氧根離子,其化學反應式為:
Ag2O+H2O+2e→2Ag+OH-
與此同時,生成的銀還會與過氧化銀進行如下反應:
2Ag+Ag2O2→2Ag2O
綜合以上4個反應式,得到放電時的化學反應式如下:
Ag2O2+ 2Zn + 2H2O→2Ag + 2Zn(OH)2
從上述化學反應過程可知,在放電時負極板上的鋅被氧化,生成氫氧化鋅,同時消耗掉氫氧根離子;正極板上的過氧化銀被還原,先生成氧化銀,繼而生成銀,同時消耗掉水,并產生氫氧根離子;電解液中的氫氧化鉀并無消耗掉,離子鉀和離子氫氧根僅是在兩極間起輸送電能的作用,但水則參與化學反應,不斷被極板吸收,氫氧化鉀的濃度越來越大。
銀鋅蓄電池的化學反應也是可逆的,故充、放電的化學反應式為:
Ag2O2+ 2Zn + 2H2O 2Ag + 2Zn(OH)2
銀鋅電池電極反應式
常用的紐扣式銀鋅電池,放電時的電極反應式分別為:
Zn極 Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2
Ag2O極 Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH
十大原電池與電極反應式
一、十大原電池
1、普通鋅錳干電池:Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O
負極(Zn):Zn-2e-=Zn2+
正極(C):2MnO2+2e-+2NH4+=Mn2O3+2NH3↑+H2O
堿性鋅錳干電池:Zn+2MnO2+H2OZn(OH)2+Mn2O3
負極(Zn):Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正極(C):2MnO2+2e-+H2O=Mn2O3+2OH-
2、鉛蓄電池:2PbSO4+2H2O充電 =放電Pb+PbO2+2H2SO4
負極(Pb):Pb-2e-+SO42-=PbSO4
正極(PbO2):PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
3、鈕扣電池:Ag2O+Zn=2Ag+ZnO
負極(Zn):Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O
正極(Ag2O):Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
4、鎳鎘電池:Cd(OH)2+2Ni(OH)2充電= 放電Cd+2NiO(OH)+2H2O
負極(Cd):Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2
正極[NiO(OH)]:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2 +2OH-
5、銀鋅電池:Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2
負極(Zn):Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正極(Ag2O):Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
6、氫鎳電池:H2+2NiO(OH) 2Ni(OH)2
負極(通入H2):H2-2e-+2OH-=2H2O
正極[NiO(OH)]:2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2 +2OH-
7、心臟起搏器:2Zn+O2+4HCl=2ZnCl2+2H2O
負極(Zn):Zn-2e-=Zn2+
正極(通入氧氣):O2+4e-+4H+=2H2O
8、海水標志燈:4Al+O2+6H2O=4Al(OH)3
負極(Al):Al-3e-=Al3+
正極(通入O2):O2+4e-+2H2O=4OH-
9、氫氧燃料電池:2H2+O2=2H2O
酸電解質 負極(通入H2):H2-2e-=2H+
正極(通入氧氣):O2+4e-+4H+=2H2O
堿電解質:負極(通入H2):H2-2e-+2OH-=2H2O
正極(通入氧氣):O2+4e-+2H2O=4OH-
碳酸鈉電解質:負極(通入H2):H2-2e-+CO32-=CO2↑+H2O
正極(通入氧氣和二氧化碳):O2+4e-+2CO2=2CO32-
NiO電解質:負極(通入H2):H2-2e-+O2-H2O
正極(通入氧氣):O2+4e-=2O2-
10、鋰電池:Li+FePO4= LiFePO4
負極(Li):Li-e-=Li+
正極(FePO4):FePO4+e-+Li+=LiFePO4
二、電極反應式的書寫
以氫氣與氧氣在堿性環境中的燃料電池為例。
1、先分析總反應,失去電子的物質為負極,得到電子的物質為正極; 2、然后分析物質失去電子或者得到電子應該變成什么;
例如,氫氣失去電子應該變成氫離子,氧氣得到電子應該變成氧離子; 3、然后再考慮電解質環境;
如堿電解質環境,氫離子不可能存在,應該和氫氧根離子生成水,而氧離子在水溶液中不存在,應該與水反應生成氫氧根離子(由氧化鈉與水反應遷移過來)。 這樣,就有了氫氧燃料電池在KOH作電解質的電極反應式。
負極(通入H2):H2-2e-+2OH-2H2O
正極(通入氧氣):O2+4e-+2H2O=4OH-