具有较高比能量的电池。比较耐用和供电量高
电池比能量,在电池反应中,1千克反应物质所产生的电能称为电池的理论比能量。以铅蓄电池为例,它的电池反应为Pb PbO2 2H2SO4─→2PbSO4 2H2O
反应物的电化学当量之和为 3.866(Pb) 4.463(PbO2) 3.659(H2SO4)懡12克,这些物质全部反应后产生1安时的电量。 因此1千克反应物质可产生83.3安时的电量。电量与电动势的乘积等于电能,所以1千克反应物产生的电能为83.3×2.044=170.3瓦时。电池的实际比能量要比理论比能量小。因为,在计算中假定了反应物全部按电池反应进行,即无副反应;忽略了电池的内阻引起的电位降;没有考虑反应物质以外的其他部件的重量。理论比能量是实际比能量的极限。在研制新型化学电池时,理论比能量与实际比能量的比值能够反映出电池的研制水平。
1克当量活性物质完全反应后能够产生26.8安时的电量。由此可知,当量越小,产生的理论安时电量就越大。所以,高能电池的正负极活性物质是周期表上方的单质及其化合物。由于电池的电动势是正极电位与负极电位之差,因此,通常选择电位较正的电极为正极,电位较负的电极为负极,即以周期表左边元素的单质及其离子所构成的电极为负极;以周期表左上角元素的单质及其离子所构成的电极为正极。
影响电池实际比能量的因素有电池的电压效率、反应效率和重量效率。
①电压效率(KE):指电池的工作电压与电动势的比值。 主要与电流密度、扩散速度(包括溶液的扩散、气体的透气度以及活性物质内部的扩散)和电池的内阻(包括电解质溶液的电阻、集流体和隔板的电阻、固体活性物质和固体放电产物的电阻、多孔电极孔内电解质溶液的电阻以及接触电阻)等有关。
②反应效率(KR):指活性物质的利用率。电池副反应越少,则反应效率越高。
③重量效率(KW):完全按电池反应式参加反应的活性物质的重量与电池总重量之比。电池中不参加电池反应的物质越多则重量效率越低。重量效率KW对电池实际比能量的影响不是孤立的。例如,加入添加剂,虽然降低了重量效率,但却增大了反应效率KR和电压效率KE。
实际比能量M与理论比能量M* 的关系可由下式表示: