蘇澳國中自然領域

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803 羅冠樺同學參加scratch競賽 ─ 國中遊戲組榮獲優等。
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文章出處:引用自http://aer2.sbc.edu.hk/~yhk/Student%20project/CHEM%20web/new_page_1.htm
利用化學作用來產生電能，這種設備統稱為電池 ( cells or batteries ) 。而所謂第一級電池 ( primary cells ) 的，是利用化學作用產生電，而不能很容易的復回的，而第二級電池 ( secondary cells ) ，化學作用產生電後，可以用電能反復原來的化學作用的，所以電池可以放電充電往復利用，也就是第二種電池萬以用來儲蓄電能的，也就是中第名稱的由來。

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    最普通的第一級電池是乾電池 ( dry cells )，是用鋅儲器作為一極，中心碳極作為另一極。電極液是氯化銨和氯化鋅的水溶液，被吸收在麵粉或澱粉利二氧化錳粉中。二氧化錳是用作為支極化劑 ( depolarizer ) 。普通並加入些右墨粉，用來增加傳導度。整個電池是裝在紙板匣中。

    最重要的第二次電池，是鉛蓄電池 ( lead storage battery )，他們的電極是放置在流酸溶液中。
在正極成陰極的過氧化欽極板上的反應，是

PbO2(s) + 4 H+(aq) + 2e- –>Pb2+(aq) + 2H2O(l)
Pb2+(aq) + SO4(aq) –>PbSO4(s)
PbO2(s) + 4H+(aq) + SO4(aq) + 2e- –>PbSO4(s) + 2H2O(l)

在負極或陽極，或石綿式鉛板上的反應，是

Pb(s) Pb2+(aq) + 2e—>Pb2+(aq) + SO4(aq) PbSO4(s)
Pb(s) + SO4(aq) –>PbSO4(s) + 2e-

總反應就成：

Pb(s) + PbO2(s) + 4H+(aq) + 2SO4(aq) –>2PbSO4(s) + 2H2O(l)
    

    當的此反應發生時，就發出電流。假使要反回這些反應，就是加夠大的電壓充電，使反應向反方向進行，使電池回復原狀況，一般鉛蓄電池，包含有13或15片極板，三個電池串連，每電池可放2V，一個電池可有6V。
另一種普通電池，是Edison蓄電池 ( Edison battery )，用過氧化鎳如金屬錦作為正極，粉狀鐵作為負極，電解液是氫氧化鉀利氫氧化鋰的混合液，一般火車上應用此種電池，比重輕，但效力高。
    有許多種蓄電池如鎳鎘 ( nickel cadmium ) 和銀鋅 ( silver-zinc )電池的在研究發展中，特別汽車汽油有空氣污染問題，如有大能量的蓄電池發展成功，蓄電池電動汽車無疑的將成為重要的交通工具。

*左圖是 Volta 所自製的 乾式電池單元。
 *很多個單元串接一堆後 便形成 所謂的 伏打堆
（如下右圖）。

伏打所製作的 濕式電池，將兩不同金屬置於電解液中。
是現代汽車電池的前身。

*鋅碳電池的大小型號 , 現時市面有多種不同大型號的鋅碳電池，分別為AAA、AA、C及D。AAA電池體積細小，多用於小型收音機。AA電池的使用最為廣泛。C及D型號電池的體積較大，可提供較多電能。

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氧化錳電池

    在乾電池未發明前，被廣泛使用為直流電來源的是銅鋅電池，但因乾電池密封組件中不使用流動液體，較輕便，且避免積聚氣體破壞容器，也免除了因氫覆住陰極而造成電池電位下降所以逐漸取代了銅鋅電池。在允許電子轉換及消耗反應所產生的氣體兩方面而言是一項偉大的發明。

    乾電池是最通用的電池之一，又叫做Lechanche’電池，得名自發明家Georges Lechanche'(1893-1882)乾電池的負極是鋅罐，它常用鋼或紙板外套包圍，防止與大氣作用。正極是一支碳棒及外層包圍碳棒的二氧化錳(MnO2)和石墨粉的厚漿。兩電極之間填滿了NH4Cl和ZnCl2的飽和溶液和一些惰性漆料濕漿糊，當電極被連接時，負極的鋅即被氧化就失去電子(e-)。失去的電子便經由電線跑到正極使NH4Cl中解離出的NH4+離子還原，同時也形成氫氣。釋出的氫再被氧化錳所氧化，而NH3則被利用形成錯合物。

  在負電極（陽極-氧化作用發生的地方）﹕

    Zn(s) + 2OH-(aq) —-> ZnO(s) + H2O(l) + 2e-

  在正電極-石墨和氧化錳(IV)的混合物（陰極-還原作用發生的地方）﹕

    MnO2(s) + H2O(l) + 2e- —-> Mn2O3 (s) + 2OH-(aq)

  電解質﹕氫氧化鉀

  總反應﹕ Zn(s) + 2MnO2(s) —-> ZnO(s) + Mn2O3(s)

  備注﹕當電池在操作中電池的外殼並不包括在化學作用中，所以電解質不會洩漏。

類型﹕原乾電池

電壓﹕1.5 V 

形狀﹕圓柱體

大小﹕可有不同大小

  AAA     AA       C          D        9V

 價格﹕較貴

  好處﹕壽命較長， 電解質不會洩漏， 可存放較長的時間，

         有穩定的電壓及大的電流

  壞處﹕較貴，不可充電

  用處﹕用於一些需要不斷有大電流提供的電器。如裝有摩托的玩具，錄音機，照相機。

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氧化銀電池

負電極 – 鋅粉末 (陽極– 產生氧化作用)

Zn(s) + 2OH-(aq) —-> ZnO(s) + H2O(l) + 2e-

正電極 – 氧化銀 (陰極– 產生還原作用)

 Ag2O(s) + H2O(l) + 2e- —-> 2Ag(s) + 2OH-(aq)

電解質 : 氫氣化鉀

類型 : 原電池

電壓 : 1.5伏特

形狀 : 鈕形

大小 : 有多種型號可供選擇

價錢 : 昂貴

優點 : 體積小，輕便，放電穩定，可長時間使用，可存放一段長時間

  缺點 : 昂貴，非充電式，只可提供小電流，只可用於細小的儀器上，例如: 石英錶，計算機，助聽器和其他細小的電子儀器

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鎳鎘電池

現今最常見的可充電池有兩種，分別為鎳鎘(Nicd)、鎳氫(NiMH)。下表是它們一些基本分別:

  充電方式

  【慢充】充電電流為電池本身容量的1/10(即所謂C/10或0.1C)或50mA，大約需要15小時充滿電池。

  【中充】充電電流為電池容量的3/10(即0.3C)，約5小時充飽。

  【快充】電池相同容量的電流(1.0C)充一小時可飽。

 【急充】只有鎳鎘電池可承受此特快充電方式，電池可於10分鐘內被充滿。

    為於負極的鎘(Cd)和氫氧化鈉(NaOH)中的氫氧根離子(OH-)化合成氫氧化鎘，並附著在陽極上，同時也放出電子。電子沿著電線至陰極，和陰極的二氧化鎳與氫氧化鈉溶液中的水反應形成氫氧化鎳和氫氧根離子，氫氧化鎳會附著在陽極上，氫氧根離子則又回到氫氧化鈉溶液中，故氫氧化鈉溶液濃度不會隨著時間而下降。

反應式：
在負電極﹕鎘金屬（陽極-氧化作用於這裏發生）
Cd(s) + 2OH-(aq) —-> Cd(OH)2(s) + 2e- 

在正電極﹕氧化鎳(IV)（陰極-還原作用於這裏發生）
NiO2(s) + 2H2O(l) + 2e- —-> Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq) 

電解質﹕氫氧化鉀

總反應﹕

Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O(l) —-> Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)