什么是電解質(zhì)?電池內(nèi)的電解質(zhì)種類和作用

一、何為電解質(zhì)?

淺說什么是電解質(zhì)：電解質(zhì)是溶于水溶液中或在熔融狀態(tài)下就能夠?qū)щ姷幕衔铩８鶕?jù)其電離程度可分為強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)，幾乎全部電離的是強(qiáng)電解質(zhì)，只有少部分電離的是弱電解質(zhì)。 電解質(zhì)都是以離子鍵或極性共價(jià)鍵結(jié)合的物質(zhì)。化合物在溶解于水中或受熱狀態(tài)下能夠解離成自由移動(dòng)的離子。離子化合物在水溶液中或熔化狀態(tài)下能導(dǎo)電;某些共價(jià)化合物也能在水溶液中導(dǎo)電，但也存在固體電解質(zhì)，其導(dǎo)電性來源于晶格中離子的遷移。

二、電解質(zhì)的種類

1.強(qiáng)電解質(zhì)

強(qiáng)電解質(zhì)一般有：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，活潑金屬氧化物和大多數(shù)鹽，如：硫酸、鹽酸、碳酸鈣、硫酸銅等。

2.強(qiáng)電解質(zhì)

強(qiáng)電解質(zhì)一般有：弱酸、弱堿，少部分鹽，如：醋酸、一水合氨(NH3·H2O)、醋酸鉛、氯化汞。另外，水是極弱電解質(zhì)。

三、電池內(nèi)的電解質(zhì)種類

1.蓄電池

又名愛迪生電池鉛電池是酸性電池，與其不同的是，鐵鎳電池的電解液是堿性氫氧化鉀溶液，也就是堿性電池。它的正極氧化鎳，負(fù)極氧化鐵?；瘜W(xué)反應(yīng)的充放電電動(dòng)勢(shì)在1.3~1.4伏之間。它的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，壽命長(zhǎng)，易于維護(hù)，缺點(diǎn)是效率低。

2.鎘鎳蓄電池

正極極氫氧化鎳，負(fù)極極氫氧化鎘，電解液為氫氧化鉀溶液，充、放電化學(xué)反應(yīng)具有輕、抗沖擊、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，常用于小型電子設(shè)備。

3.銀鋅電池

正極極氧化銀、負(fù)極極鋅、氫氧化鉀溶液。

銀鋅電池比能量大，能大電流放電，抗震動(dòng)，可作為宇宙飛船、衛(wèi)星、火箭等的電源。充放電次數(shù)可達(dá)到約100~150次循環(huán)。它的缺點(diǎn)是成本高，使用壽命短。

4.鋅錳干電池

第一批還在大批量生產(chǎn)的原電池的制造。結(jié)構(gòu)可分為柱面結(jié)構(gòu)和疊層結(jié)構(gòu)。具有使用方便，價(jià)格低廉，原料來源豐富，適于大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。但是放電電壓不夠平穩(wěn)，放電速率對(duì)容量的影響很大。適合中小功率及間歇放電使用。新的鋅錳干電池采用高濃度氯化鋅電解液，優(yōu)良的二氧化錳粉和紙板漿層結(jié)構(gòu)，使容量和壽命加倍，并且改善了密封性能。

5.堿鋅錳電池

鋅錳電池采用堿性電解液代替中性電解液。分為柱面和紐扣面。其優(yōu)點(diǎn)是容量大，電壓穩(wěn)定，能連續(xù)放電大電流，能在-40℃的低溫下工作。在特定的條件下，這種電池可以被充滿幾十次。

6.鋅水銀電池

羅賓是由美國(guó)人S.羅賓發(fā)明的，因此被稱為電池。小型電池是最初發(fā)明的。紐扣式和圓柱式兩種。釋放電壓穩(wěn)定，可以作為對(duì)其要求較低的電壓標(biāo)準(zhǔn)。其不利之處是低溫性能差(只能在0℃以上使用)和汞有毒。鋅水銀電池逐漸被其它系列電池所取代。

7.鋅氣電池

將空氣中的氧作為活性物質(zhì)，使其大于容量。分為堿與中性兩個(gè)系列，在結(jié)構(gòu)上又分為濕與干兩種。濕電池只有堿性的一種，用NaOH作電解液，價(jià)格便宜，多制成大容量(100安·小時(shí)以上)固定電池，用于鐵路信號(hào)。而干電池又有堿性和中性之分。中空干電池的原料豐富，成本低，但只能在小電流下運(yùn)行。堿式空氣干電池大電流放電比能量大，連續(xù)放電比間歇放電性能好?？諝飧呻姵厥墉h(huán)境濕度的影響，壽命短，可靠性差，不能在密封狀態(tài)下使用。

8.固態(tài)電解液電池

采用固態(tài)離子導(dǎo)體作為電解液，分為高溫和常溫。有鈉硫的高溫電池，能大電流工作。常溫銀碘電池，0.6伏電壓，價(jià)格昂貴，尚未投入使用。采用鋰碘電池，電壓為2.7伏。該電池可靠性高，適用于心臟起搏器。但是電池的放電電流只有微安級(jí)。

9.鋰電池

用鋰作負(fù)極的電池這是60年代以后開發(fā)的一種高能量電池。根據(jù)所使用的電解質(zhì)可分為：①高溫熔融鹽型鋰電池;②有機(jī)電解質(zhì)鋰電池;③非水電解無機(jī)鋰電池;④固體電解質(zhì)鋰電池;⑤鋰電池。鋰電體的優(yōu)點(diǎn)是單電池電壓高，比能量大，貯存壽命長(zhǎng)(可達(dá)10年)，具有良好的高低溫性能，可在-40~150℃下使用。這種方法的缺點(diǎn)是成本過高，還有電壓滯后和安全問題有待改進(jìn)。

10.存電池。

活化的方法有兩種，一種是將電解液與電極分開儲(chǔ)存，在使用前將電解液注入蓄電池中進(jìn)行活化，例如海水鎂電池、蓄電池和鋅銀電池。二是采用熔融鹽電解液，在常溫下電解液不導(dǎo)電，使用前先點(diǎn)上加熱劑，使電解液快速熔化并激活，稱為熱電池。這類電池以鈣、鎂或鋰合金為負(fù)極，KCl和LiCl的低共熔體為電解質(zhì)，CaCrO4、pbSO4或V2O5等為正極，用鋯粉或鐵粉作加熱劑。完全密封結(jié)構(gòu)(10年以上)可長(zhǎng)期保存。蓄電池是適合特殊用途的。

11.準(zhǔn)化電池

其中以惠斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池最為著名，它分為飽和型和非飽和型。它的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)是1.01864伏(20攝氏度)。非飽和態(tài)電壓的溫度系數(shù)約為飽和態(tài)的1/4。

12.式鋅錳干電池

包括鋅柱，電糊層，二氧化錳正極，炭棒，銅帽等。外部一層是鋅棒，它既是電池負(fù)極，又是容器，在放電時(shí)會(huì)逐漸溶解;中間是碳棒，它起著聚集電流的作用;而這一層的碳棒則是由一種導(dǎo)電材料(石墨或乙炔黑)和一種深棕色或黑色的二氧化錳粉末(石墨或乙炔黑)組成的混合物，它與碳棒一起構(gòu)成電池的正極體，也稱為炭包。為了防止水分蒸發(fā)，電池上部用石蠟或?yàn)r青封住。鋅-錳干電池在Zn→Zn2++2e的作用下，其電極反應(yīng)為鋅極。

13.紙-鋅-錳電池

基于糊式鋅錳干電池進(jìn)行了改進(jìn)。采用70~100微米厚的高質(zhì)量無金屬雜質(zhì)牛皮紙為基材，經(jīng)調(diào)整后的面糊涂布于面糊上，然后烘干，制成紙板，取代糊式鋅錳干電池中的面糊電解質(zhì)層。紙式鋅-錳干電池的實(shí)際放電容量是普通糊式鋅-錳干電池的2~3倍。寫著“高性能”的干電池大部分都是紙板型的。

14.　堿鋅錳干電池。

它的電解質(zhì)是由汞齊化鋅粉、35%氫氧化鉀水溶液和部分鈉-羧甲基酯纖維素經(jīng)糊化制成。堿性鋅-錳干電池由于氫氧化鉀溶液凝固點(diǎn)低，內(nèi)阻小，所以能在-20℃溫度下工作，并能大電流放電。堿式鋅錳干電池可充放40次以上，但充電前不能進(jìn)行深度放電(保持容量的60%~70%)，且需嚴(yán)格控制充電電流和充電期電壓。

15.鋅錳復(fù)合干電池

多個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、扁平形狀的單體電池疊在一起形成一個(gè)整體。每個(gè)單體電池都是由塑料外殼，鋅皮，導(dǎo)電膜，隔膜紙，炭餅(電極)組成。膜紙是用來吸收電解液的一種漿狀紙，其表面有淀粉層，粘在鋅皮的上面;膜紙上是炭餅。薄膜紙就像干電池的糊面層，起著隔離鋅皮負(fù)極和炭餅正極的作用。層疊式鋅錳干電池省去了圓筒形糊式干電池串聯(lián)的麻煩，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，比容量大，但貯存壽命短，且內(nèi)阻大，因此放電電流不能太大。

16.堿蓄電池

相對(duì)于同容量的鉛蓄電池，它體積小，壽命長(zhǎng)，可以大電流放電，但成本高。按照極板活性材料，堿性蓄電池分為鐵鎳、鎘鎳、鋅銀蓄電池等系列。堿性蓄電池的工作原理，以鎘鎳蓄電池為例，當(dāng)蓄電池極板的活性物質(zhì)被充入后，正極板為氫氧化鎳(Ni(OH)3)，負(fù)極板為金屬鎘(Cd);當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，正極板變?yōu)闅溲趸瘉嗘?OH2)，負(fù)極板變?yōu)闅溲趸k(Cd)2，電解液中多選用氫氧化鉀(KOH)溶液。

17.金屬-空氣電池。

用空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，用金屬作為負(fù)極活性物質(zhì)的高能電池。所用金屬一般為鎂，鋁，鋅，鎘，鐵等;電解質(zhì)為水溶液。就是鋅?氣動(dòng)電池已經(jīng)成為成熟產(chǎn)品。

由于空氣沒有計(jì)算在電池重量?jī)?nèi)，所以金屬-空氣電池有很高的比能量。鋅?目前生產(chǎn)的空氣電池比能量最大，達(dá)到400瓦特/小時(shí)/公斤(Wh/kg)，是一種高性能中功率電池，正在向高功率電池發(fā)展?，F(xiàn)有的金屬-空氣電池主要是一次電池;二次金屬-空氣電池是通過更換金屬電極來實(shí)現(xiàn)機(jī)械再充電的。因?yàn)榻饘?空氣電池在工作時(shí)需要持續(xù)提供空氣，所以它不能在密封或缺乏空氣的環(huán)境下工作。另外，電池內(nèi)電解液容易受到空氣濕度的影響而導(dǎo)致電池性能下降;空氣中的氧通過空氣電極擴(kuò)散到金屬電極上，腐蝕電池，從而產(chǎn)生自放電。