化学电源与新能源
化学电池发展现状
化学电源发展现状：化学电源通常称为电池，其中包括原锂电池、蓄电池、贮备电池和燃料电池。
当今，化学电源已广泛应用于国民经济 (如信息、能源、交通运输、办公和工业自动化等方面)、人民日常生活以及卫星、载人飞船、军事武器与装备等各个领域。
化学电源技术以新材料科技为基础，与环保科技相关联，与电子、电力、交通、信息产业相配套，与现代文明社会的生活相适应，特别是作为新能源和再生能源的重要组成部分，它直接关系到21世纪可持续发展战略的实现，因此，化学电源技术与产业已成为全球关注与致力发展的一个新热点。
近几年我国国民经济持续快速发展，人民生活水平不断提高，极大地推动了我国电池工业和电池市场的发展。
2000年1月20日，中央电视台广播了一条消息，我国年生产电池已达140亿只，国内年消费电池量也达到了60亿只，人均消费量为5只，由此奠定了中国电池生产和消费大国的地位。
进而随着电子信息产业，特别是移动通信、笔记本电脑、小型摄像设备等的巨大需求，我国电动车锂电池工业，特别是新型、小型二次电池生产迅速崛起。
随着现代社会生活质量的不断提高，对随身听、学习机、电子按摩器、助听器、美容器、电子温度计、电子血压计、电子玩具等的需求越来越多;随着环保意识的增强和石油价格的快速上涨，对电动助力车、电动摩托车、混合电动车及纯电池或燃料电动车辆的市场正在形成和逐步扩大，为其配套的新型电池将向小型、轻便、高能、无污染的方向发展。
根据资料显示，中国内地的电池制造商数量超过了3000家，2005年度各类电池出口数量总值为222亿只以上，同比增长4%，创汇额超过51亿美元，同比增长28%，中国已成为世界最大的电池生产和消费国。
中国电池制造商正在更新其生产技术并更新其生产技术与生产设备以满足20%～60%的预期出口增长，中国也正在成为世界最大的电池进出口大国。
化学电源产业在我国迅速崛起，势头必将在“十一五”持续下去。
从市场分布看，最大的电池市场在美国、日本、欧洲，约占全球电池市场的60%。
中考化学知识点复习 第二讲：化学与能源
中考化学知识点复习 第二讲 化学与能源知识能力解读知能解读：（一）化学反应中的能量变化化学反应在生成新物质的同时，还伴随着能量的变化。
能量的变化通常表现为热量的变化，有些反应是放热的，如氧化钙与水反应，镁与盐酸反应，燃料燃烧等；有些反应则是吸收热量的，如化学反应2CO C 2CO +高温。
作为重要的能源，燃料对于人类社会非常重要。
如人们利用燃烧等化学反应产生的能量发电、做饭、取暖、烧制陶瓷、冶炼金属、发射火箭等。
知能解读：（二）化石燃料由古代生物的遗骸经过一系列的复杂变化形成的可以燃烧的物质，主要是煤、石油和天然气。
煤、石油和天然气是当今世界上最重要的三大化石燃料。
煤被称为“工业的粮食”“黑色的金子”，石油被称为“工业的血液”，它们对人类生产、生活和社会发展起到了重要作用。
煤、石油和天然气都是不可再生能源。
1.化石燃料的形成和主要成分（1）煤成分：煤主要含有碳元素，还含有氢元素和少量氮、硫、氧等元素及无机矿物质（主要含硅、铝、钙、铁等元素），是由有机物和无机物组成的复杂混合物。
性质：黑色固体，有光泽，没有固定的熔点和沸点，具有可燃性。
（2）石油成分：主要含碳、氢两种元素，另外含有少量的硫、氧、氮等元素，是由沸点不同的化合物组成的复杂混合物。
性质：是一种黑色或深褐色黏稠状的液体，有特殊气味，不溶于水，密度略小于水，没有固定的熔点和沸点，具有可燃性。
（3）天然气天然气的主要成分是甲烷，主要含碳、氢两种元素。
天然气里的甲烷是在隔绝空气的情况下，主要由植物残体分解而生成的。
有石油的地方，一般就有天然气。
天然气是一种重要的气体燃料，天然气的贮藏量也是有限的。
2.甲烷的组成、性质、用途及其在自然界中的存在（1）甲烷的组成甲烷是由碳、氢两种元素组成的化合物，其化学式为4CH ，是最简单的有机物，其中含氢元素的质量分数为25%，是氢元素含量最高的有机物。
（2）甲烷的性质甲烷是一种无色、无味的气体，极难溶于水，密度小于空气。
高中化学高考精品备课教案：新型电源
化学反应与能量变化新型电源（含答案）课标要求核心考点五年考情核心素养对接1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
3.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
4.学生必做实验：制作简单的燃料电池新型电源2023全国乙，T12；2022广东，T16；2022湖南，T8；2022全国甲，T10；2022全国乙，T12；2021河北，T9、T16；2021年6月浙江，T22；2021湖南，T10；2021辽宁，T10；2021福建，T9；2020天津，T11；2020上海，T2；2020全国Ⅰ，T12；2019天津，T6；2019全国Ⅰ，T12证据推理与模型认知：能分析识别复杂的实际电池；能利用电化学原理创造性地解决实际问题命题分析预测1.近年高考常结合电池科技前沿，如能量密度高的液流电池、安全性能高的石墨烯锂电池、燃料电池（微生物燃料电池、有机物燃料电池等）、金属－空气电池等考查原电池的工作原理及其应用、二次电池的充放电过程及相关计算等。
2.2025年高考要关注：（1）新型有机物燃料电池。
有机物与电化学结合既体现模块知识的综合性，又考查考生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。
（2）航空航天领域、电动车领域的新型电池考点新型电源1.Li 、Na 、K 、Mg 、Al 、Zn 电池 名称装置图工作原理锂电池负极反应：[1] Li －e－Li ＋①正极反应物为S 8，产物为Li 2S 4、Li 2S 2，正极反应：[2] S 8＋4e －＋4Li＋2Li 2S 4、S 8＋8e －＋8Li＋4Li 2S 2 ；②正极反应物为CO 2，产物为C ＋Li 2CO 3，正极反应：[3] 3CO 2＋4e －＋4Li＋2Li 2CO 3＋C ；③正极反应物为O 2，产物为Li 2O 、Li 2O 2，正极反应：[4] O 2＋4e －＋4Li＋2Li 2O 、O 2＋2e －＋2Li＋Li 2O 2钠电池负极反应：[5] Na －e－Na ＋正极反应物为S x ，产物为Na 2S x ，正极反应：[6] S x ＋2e －＋2Na＋Na 2S x钾电池负极反应：[7] K －e－K ＋正极反应物为O 2，产物为KO 2，正极反应：[8] O 2＋e －＋K＋KO 2镁电池负极反应：[9] Mg －2e －＋2OH －Mg （OH ）2正极反应：[10] 2CO 2＋2e－C 2O 42－铝电池负极反应：[11] Al －3e －＋4OH －[Al （OH ）4]－（或Al－3e－Al 3＋）离子导体为盐溶液（中性），正极反应物为S ，产物为H 2S ，正极反应：[12] 3S ＋6e －＋2Al 3＋＋6H 2O3H 2S↑＋2Al （OH ）3锌电池 负极反应：[13] Zn －2e －＋4OH－[Zn （OH ）4]2－正极反应物为CO 2，产物为CH 3COOH ，正极反应：[14] 2CO 2＋8e －＋8H＋CH 3COOH ＋2H 2O2.锂离子电池 名称装置图工作原理负极反应：[15] Li x C 6－x e －x Li ＋＋6C、LiC6－e－Li＋＋6C锂离子电池 正极反应：[16] Li 1－x CoO 2＋x e －＋x Li＋LiCoO 2、Li 1－x NiO 2＋x e－＋x Li＋LiNiO 2、Li 1－x MnO 2＋x e －＋x Li＋LiMnO 2、Li 1－x FePO 4＋x e －＋x Li＋LiFePO 4、Li 1－x Mn 2O 4＋x e －＋x Li ＋LiMn 2O 43.燃料电池 名称装置图工作原理燃料 电池负极反应：[17] CO －2e －＋4OH －C O 32－＋2H 2O 、CH 4－8e －＋10OH－C O 32－＋7H 2O 、CH 3OH －6e －＋8OH－C O 32－＋6H 2O 、CH 3OCH 3－12e －＋16OH－2C O 32－＋11H 2O 、C 6H 12O 6－24e －＋36OH －6C O 32－＋24H 2O 、NH 2NH 2－4e －＋4OH－N 2↑＋4H 2O正极反应：[18] O 2＋4e －＋2H 2O4OH －微生物电池负极反应：[19] CH 3COOH －8e －＋2H 2O2CO 2↑＋8H ＋、C 6H 12O 6－24e －＋6H 2O6CO 2↑＋24H ＋正极反应：[20] O 2＋4e －＋4H＋2H 2O注意 燃料电池负极反应式书写的难点是有机物化合价的分析，可以用“化合物中元素化合价代数和为零”法，来分析碳元素的化合价，且只需要分析发生化合价变化的碳原子。
2025年高考化学一轮复习基础知识讲义—化学电源及工作原理(新高考通用)
2025年高考化学一轮复习基础知识讲义—化学电源及工作原理（新高考通用）【必备知识】1．分类一次电池：一次电池就是放电之后不可再充电的电池。
常见的一次电池有锌锰干电池、锌银电池。
二次电池：二次电池又称可充电电池或蓄电池。
充电电池中能量的转化关系是：化学能电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等。
2．工作原理电池电极反应装置图碱性锌锰电池总反应：Zn ＋2MnO 2＋2H 2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2；负极：Zn ＋2OH －－2e －===Zn(OH)2；正极：2MnO 2＋2H 2O ＋2e －===2MnO(OH)＋2OH －银锌电池总反应：Zn ＋Ag 2O ＋H 2O===Zn(OH)2＋2Ag负极反应：Zn ＋2OH －－2e －===Zn(OH)2正极反应：Ag 2O ＋H 2O ＋2e －===2Ag ＋2OH －锂电池Li －SOCl 2电池可用于心脏起搏器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl 4－SOCl 2总反应：4Li ＋2SOCl 2===4LiCl ＋SO 2↑＋S负极反应：4Li －4e －===4Li ＋正极反应：2SOCl 2＋4e －===SO 2↑＋S ＋4Cl －铅酸蓄电池总反应：Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 42PbSO 4＋2H 2O ；负极：Pb ＋SO 2－4－2e －===PbSO 4；正极：PbO 2＋4H ＋＋SO 2－4＋2e －===PbSO 4＋2H 2O【微点拨】①可逆电池的充、放电不是可逆反应。
②负接负后作阴极，正接正后作阳极。
【易错辨析】1．太阳能电池不属于原电池()2．可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应()3．铅酸蓄电池工作时，当电路中转移0.1mol电子时，负极增重4.8g()（SO42-:96）【答案】 1.√ 2.× 3.√【题型突破】1、(2019·浙江4月选考，12)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
化学电源和燃料电池
燃料电池依据其电解质的性质而分为不同的类型，每类 燃料电池需要特殊的材料和燃料，且使用于其特殊的应用。 按电解质划分，燃料电池大致上可分为六类：
质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell--PEMFC）
碱性燃料电池（alkaline fuel cБайду номын сангаасll--AFC）
氢的优越性
燃 料 电 池
①氢的来源十分广泛，水、化石燃料（如石油、煤、 天然气等）、植物和有机废物中都含有大量的氢； ②氢是极好的能量载体，发热值高，燃烧时副产品 只有水，无污染； ③氢可以以气态、液态或固态金属氢化物的形式出 现，能适应运输、存储和各种应用环境的不同要 求； ④氢能的利用形式多样，可通过内燃机、涡轮机、 燃料电池等装置将氢能转化成热能、机械能、电 能，用于交通运输、供暖、发电等各个方面。
燃 料 电 池
寻找新能源
燃 料 电 池
寻找新能源 迫在眉睫！！
现在生活、生产用能
固定能源
燃 料 电 池
水电、火电、核电、风能发 电、太阳能发电等 以石油为代表的液体燃料（汽车、飞 机等） 电池（手机、各种小型电动工具）
移动动力源 化学能源
后石油时代大型移动动力源如汽车动力源如何解决？ 1）生物燃料如生物柴油、乙醇等 2）开发高比能量的二次电池，发展电动车 3）以氢为能量载体，用燃料电池发电即所谓氢能经济
ce
c
阴极：cathode
c
ae
阳极：anode
a
a
双极板
实现燃料电池内部连接的一个方法，是 采用双极板，同一块双极板的两个侧面，分 别与相邻燃料电池的阴极和阳极接触，同时 双极板还起到把氢送到阳极，和把氧或空气 送到阴极的作用
高中化学新教材同步 选择性必修第一册 第4章 第1节 第3课时 新型化学电源
第3课时新型化学电源[核心素养发展目标] 1.建立原电池工作的思维模型，能解决新型化学电源在新情境下的放电问题。
2.感悟研制新型化学电源的重要性以及可能会引起的环境问题，形成较为客观且正确的能源观，提高开发洁净清洁燃料的意识。
1．常见考查方向①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的移向，④电极的反应类型，⑤pH的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。
2．新型电池中正、负极的判断方法特别提醒判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。
如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。
一、浓差电池1．(2022·广州高二期末)溶质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。
如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1<c2)，工作时，A电极的质量不断减轻，下列说法正确的是()A．此处应该用阳离子交换膜B．B极为正极，发生氧化反应C．若外电路通过0.1 mol电子，则右侧溶液质量减轻10.8 gD．原电池的总反应不一定是氧化还原反应答案 D解析由题意知，A电极质量不断减轻，故发生反应：Ag－e－===Ag＋，则A极为负极，B 极为正极，负极区Ag＋浓度增大，正极区Ag＋得电子生成Ag，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，正极区Ag＋浓度减小，浓差电池中溶质由高浓度向低浓度扩散，故正极区NO－3经过离子交换膜移向负极，此处离子交换膜为阴离子交换膜，A、B错误；正极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，当转移0.1 mol电子时，溶液中减少0.1 mol Ag＋，同时正极有0.1 mol NO－3移向负极区，故右侧溶液减少质量为0.1 mol×108 g·mol－1＋0.1 mol×62 g·mol－1＝17 g，C错误；负极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋，正极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，总反应属于非氧化还原反应，D正确。
化学能与电能课件-高一化学人教版(2019)必修第二册
即原电池的总反应
下列各种情况是否形成了原电池？
G
G
Fe
Ag Mg
Al
Zn
Cu
盐酸
A
G
Zn
Cu
CuSO4溶液
B
Zn
Cu
蔗糖溶液
D
H2SO4
E
盐酸
C
生铁
盐酸
F
装置是否为原电池的判断方法
练习
[例] X、Y、Z都是金属， 把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面 有Z析出， X与Y组成原电池时，Y是电池的负极。 X、Y、Z三种金属的活动性顺序为 ( C) Ａ．Ｘ＞Ｙ＞Ｚ Ｂ．Ｘ＞Ｚ＞Ｙ Ｃ．Ｙ＞Ｘ＞Ｚ Ｄ．Ｙ＞Ｚ＞Ｘ
原电池
4、原电池的应用
④金属因发生原电池反应而腐蚀 ——金属防护问题
如何避免轮船船身被腐蚀，延长 其寿命？ 通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部 分，装有一定数量的锌块，请解释原因
外 电子流向：负极 沿导线 正极
电
路 电流方向：正极 沿导线 负极
内 阳离子 正极
电 路
阴离子
负极
锌铜原电池的工作原理
负极（Zn） Zn - 2e- === Zn2+
工作原理 （反应方程式）
正极（Cu）
2H+ + 2e- === H2↑
总反应离子方程式： Zn + 2H+ === Zn2+ + H2↑
原因：轮船的船身一般是用铁做的， 装上锌块后，铁跟锌形成原电池，此 时锌作为负极发生氧化反应溶掉，而 铁作为正极被保护起来不受腐蚀。
能源化学(一)
• 锂离子电池(Li-ion)是锂电池发展而来。 所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。 举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就 属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化 锰，负极是锂。 • 电池组装完成后电池即有电压,不需充电. 这种电池也可能充电,但循环性能不好,在 充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成 电池内部短路,所以一般情况下这种电池是 禁止充电的。
CuSO4 Cu + 2 e
2+
-+ . ...+..-...... .- .. --+ ...+ - . ... .. -
. .. ..
+ + . + .. .. . . +. . + .+ .. .. . ...ห้องสมุดไป่ตู้
ZnSO4 Zn
2+ + 2e
Cu
Zn
二、化学电源 1、干电池
铜帽 ... .. ..
碳棒 锌壳 糊状Z nCl2和N H4Cl
粉状M nO2
NH 干电池结构：（—） Zn ZnCl2， 4Cl MnO2 C（ +） （—）Zn + （ + ） 2 NH4 + 2 e H2 + MnO2 Zn
2+ + 2e 2 NH3 +
H2 H2O + MnO
+ 2 NH4 + MnO 2+ 2 e 2NH3+ H2O + MnO
• 锂离子电池目前有液态锂离子电池（LIB） 和聚合物锂离子电池（PLIB）两类。其 中，液态锂离子电池是指以 Li＋嵌入化合 物为正负极的二次电池。 • 正极采用锂离子化合物 LiCoO2，LiNiO2 或 LiMn2O4 ，负极采用锂-碳层间化合物 LixC6 电解质为溶解有锂盐LiPF6,LiAsF6 等有机溶剂。
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新型化学电源与新能源的开发
动力工程学院能源动力类01班
刘浪学号：20133695
摘要
随着传统化石能源的不断消耗，能源枯竭成为当今世界所秒面对的最大问题之一。
在这种情况下，新能源势必成为未来的能源主力，而新型化学电源在这方面有着得天独厚的优势。
本文就新型化学能源开发应用新能源方面的技术与前景进行论述。
绪论
化学电源是把物质释放出的化学能直接转换成电能的装置，它和其他能源相比有许多优点如能量转换率高,无噪声，少污染，电流、电压、容量可在相当范围内变动，能做成任意大小和形状，可在各种条件下工作，等等。
随着科技的进步和满足现代生活的需要，化学电源无论从构型、种类和应用广度方面发生了很大的变化。
新型化学电源是指近年来兴起的突破传统电池结构和设计理念的化学电源，在新能源的发电，储能，回收等方面有独特的优势，未来新能源的发展必将结合新型化学电源的技术发展进行。
1新型化学电源的含义
新型化学电源是指为适应工业以及航天等新技术的发展以及“绿色电源”的环保需要，先后研制成了多种新型化学电池。
这些化学电源一般具有向自重小、体积小、容量大、温度适应范围宽、使用安全、储存期长、维护方便等方面发展的特点。
具有代表性的化学电源有：燃料电池，铁电池，锂离子电池，以及最新的生物电池等。
2几种重要的新型化学电源
通过以上表格，可以知道燃料电池的电化学效率比较高均在60%左右。
这是燃料电池的一大优势，除此之外，燃料电池还有以下有点：无污染，噪音低，环保；无论输出功率如何，都能保持在较高的能量转化效率；灵活性强，可实现分散式发电。
2.2高铁电池
高铁电池是以合成稳定的高铁酸盐（K2FeO4、BaFeO4等），可作为高铁电池的正极材料来制作能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染的新型化学电池铁电池。
高铁电池是一种能量密度很高的电池，市场上的民用电池比功率只有60- 135w,而高铁电池可以达到1000w以上，放电电流是普通电池的3－10倍。
高铁电池目前还处在实验阶段，还未有那个厂商宣布能将高铁电池大规模应用。
但高铁电池比起普通化学电源有着很大的优势:高铁电池放电，如Zn-K2FeO4 ， 70%以上的放电时间在1.2-1.5V，具有良好的抗衰减性；原料来源丰富，铁是地壳中含量最多的两种金属元素之一；绿色无污染。
高铁酸盐放电后的产物为FeOOH或Fe2O3-H2O，无毒无污染，对环境友好。
不需要回收。
高铁电池是未来电动汽车车用储能电池的最佳选择之一，因为比起现行的钴酸锂电池（特斯拉电动汽车）与磷酸铁锂电池（比亚迪电动汽车）,高铁电池安全性和使用寿命都有较大的优势。
2.3酶电池
酶电池又称酶生物燃料电池，严格来说是燃料电池的一种，但由于其燃料的特殊性和酶的参与，又有别于其他燃料电池。
酶电池是以有机物为燃料,直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池。
一般酶电池的燃料是糖类。
酶电池的阳极由嗜糖酶和介质组成，阴极由释氧酶和介质组成，两极都有一层玻璃纸隔离膜。
阳极通过酶氧化反应从糖中分解出电子和氢离子，氢离子通过隔离膜流到阴极，氢离子和电子与空气中的氧结合，生成水，通过这一电化学反应过程，电子经过外围电路，产生了电。
由于酶具有极高的催化效率，所以大大的加快了反应速率，使酶电池具有很高的效率。
除此之外，酶电池还有生物相容性好、原料来源广泛、可以用多种天然有机物作为燃料的优点，是一种真正意义上的绿色电池。
它在医疗、航天、环境治理等领域均有重要的使用价值,如糖尿病、帕金森氏病的检测、辅助治疗以及生活垃圾、农作物废物、工业废液的处理等。
3新型化学电源在开发新能源方面的作用
3.1发电方面
传统的发电方式有着发电效率不高，无法适应新型燃料的缺点。
新型化学电源通过直接将化学能转化为电能可以大幅提高能量转化效率，而且以燃料电池为代表的新型电池能更好地利用天然气等传统能源和氢气等新型能源来发电，随着传统化石能源的日益枯竭，新型能源如氢能、生物质能等必将广泛地应用在发电上，而燃料电池和酶电池则是发电技术的不二选择。
3.2储能方面
以高铁电池为代表的高容量电池将会对未来新能源的应用产生深远的影响。
一些重要新能源例如太阳能、风能、潮汐能，它们的利用往往具有时效性和间隔性，而传统的储能方式如抽水储能，保温储能对能源的储存效率和储能时间上都无法满足人们的要求，而新型化学电源凭着优秀的容量，较小的损耗和极长的使用寿命正好可以解决这些问题。
随着石油的日益枯竭，未来电动汽车必将得到广泛引用，而现在电动汽车发展的主要障碍就是电池容量不够所导致的续航里程过短，虽然一些公司在电动汽车的性能和续航里程上取得一些突破，但还未从根本上实现电池技术的革命性突破，而新型化学电源技术的发展融入仍是应对上述问题的唯一途径。