关于化学电池原理种类与环境污染

日期: 2024-05-26 22:06:27|浏览: 68|编号: 69675

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关于化学电池原理种类与环境污染

化学电池在现代社会应用十分广泛,电池种类繁多,特性各异,本文主要介绍不同化学电池的构造、原理、特性、环境危害及回收利用等。

化学电池是将化学能直接转化为电能的装置,其主要组成部件为电解质溶液、浸入溶液中的正极和负极以及连接电极的导线。根据能否充电、还原,又分为原电池和蓄电池。

1.常见化学电池

化学电池种类繁多,最常见的有干电池、蓄电池,以及更小的微型电池。此外还有金属空气电池、燃料电池,以及其他能量转换电池,如太阳能电池和核电池。下面将以常见的化学电池为例进行介绍。

1.锌锰电池

锌锰电池是以锌为负极,碳棒为正极,以二氧化锰、氯化锌、中性氯化铵水溶液为电解液,以浆纸或淀粉为隔离层制成的电池。根据所用隔离层不同,又分为糊式电池和板式电池。

干电池用锌制圆柱壳作为负极,用中央顶盖上带铜帽的石墨棒作为正极。石墨棒周围,从内到外依次为:a:二氧化锰粉——用来吸收正极处产生的氢气(防止极化);b:用氯化锌和氯化铵饱和的淀粉糊——作为电解质溶液。

电极反应公式为:负极(锌筒):Zn-2e-===Zn2+

正极(石墨):2NH4++2e-===2NH3↑+H2↑

H2O+2MnO2+2e-===+2OH-

总反应为:Zn++2MnO2===Zn(NH3)2Cl2↓+

干电池的电压约为1.5V,不能充电重复使用。

2.镍镉电池

镍镉电池可反复充放电500次以上,经济耐用。其放电电压随其放电装置不同而不同。其自放电率低,即使长时间放置,镍镉电池的特性也不会变坏。充满电后,可完全恢复原有的特性。可在-20℃-+60℃的温度范围内使用。由于单元电池采用金属容器,因此坚固耐用;采用完全密封的方式,不会发生电解液泄漏,因此无需添加电解液。

放电原理:负极反应:Cd+2OH--2e-→Cd(OH)2

正极反应:NiO2+2H2O+2e-→Ni(OH)2+2OH-

3.锂电池

锂电池是采用锂合金或锂金属作为负极材料,采用非水电解质溶液的一类电池。

最早的锂电池有这样的反应:Li+MnO2=,这是一个氧化还原反应。

在正极发生的反应是:

=充电=Li1+CoO2+XLi++Xe-(电子)

负极处发生的反应是

6C+XLi++Xe-=LixC6

电池总反应:+6C=Li1-xCoO2+LixC6

4. 氢氧燃料电池

燃料电池是一种新型电源,一般以空气中的氧气作为正极,以氢气、碳、硼氢化物、甲醇、煤气或天然气等燃料作为负极。它与一般电池的主要区别在于,一般电池的活性物质是预先置于电池内部,储存的活性物质的多少决定了电池的容量;而燃料电池的不同之处在于,活性物质是在反应过程中不断输入的,因此氢氧燃料电池本质上是一种能量转换装置。

电极反应如下:

负极:2H2+4OH--4e-===4H2O

正极:O2+2H2O+4e-===4OH-

总反应式:2H2+O2===2H2O

2.废旧电池对社会造成的危害

废旧电池的潜在污染引起了社会各界的广泛关注。我国是世界上最大的干电池生产国和消费国,据有关数据显示,我国约有1350家电池生产厂家,1980年我国干电池产量超过美国,成为世界上最大的电池用户。废旧电池虽然重量轻、体积小,但其中含有多种重金属,若处理不当,将对环境造成难以弥补的危害。

1.污染人类赖以生存的环境

大部分电池中都含有汞、铁、铅、镍、铜等重金属元素,这些元素若没有人为干预,很难转化成无毒物质。重金属若在环境中不断积累,就会侵蚀我们赖以生存的水土。实验证明,当一节1号电池埋入土地中,其有毒物质可使一平方米土地失去使用价值;当一粒纽扣电池被扔进水中,其有毒物质可造成60万升水污染,这相当于一个人的用水量。多么可怕的数据。

2.对人体的危害

目前,我国废旧电池大多随生活垃圾埋入地下,时间一长电池就会腐烂,而重金属溶出后又会污染地下水和土壤,最终通过各种途径进入人类的食物链。生物从环境中摄取的重金属,在食物链中被生物放大,在高等生物体内逐渐积累上千倍,在器官中蓄积,引起慢性中毒。日本的水俣病就是汞中毒的典型案例。

3. 结论

电池使用后若不回收利用,不仅会造成严重的环境污染,危害人体健康,还会浪费贵重金属资源。城市使用电池数量庞大,而又缺乏合理的方法处理废旧电池,会给城市带来巨大的污染。对各种废旧电池进行分类回收,用科学的方法处理。保护环境从自己做起,从每一位公民做起。如果人人都有这种意识,并付诸行动,就足以形成与自然和谐相处的文明和可持续发展的文明。结合我国国情,积极倡导和鼓励电池生产厂家生产对环境无害的绿色电池,加大力度,积极研究开发回收废旧电池的有效方法。

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