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Das Prinzip der Batterie
Feb 28, 2018

Bei chemischen Batterien ist die direkte Umwandlung von Energie in elektrische Energie das Ergebnis einer spontanen Oxidation und Reduktion der Batterie, die jeweils an zwei Elektroden durchgeführt wird. Negative aktive Substanzen bestehen aus Reduktionsmittel mit negativem Potential und sind im Elektrolyten stabil, wie aktive Metalle wie Zink, Cadmium, Blei und Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe. Positive Wirkstoffe bestehen aus im Elektrolyten positiveren und stabileren Oxidationsmitteln wie Mangandioxid, Bleidioxid, Nickeloxid, Sauerstoff oder Luft, Halogen und seinen Salzen sowie sauerstoffhaltigen Säuren und Salzen. Elektrolyt ist ein Material mit guter Ionenleitfähigkeit, wie Säure, Alkali, wässrige Salzlösung, organische oder anorganische nicht wässrige Lösung, geschmolzenes Salz oder fester Elektrolyt usw.

Wenn die äußere Schaltung getrennt ist, obwohl zwischen den beiden Polen eine Potentialdifferenz besteht (Leerlaufspannung), aber kein Strom vorhanden ist, wandelt sich die in der Batterie gespeicherte chemische Energie nicht in elektrische Energie um. Wenn der äußere Stromkreis geschlossen ist, fließt der Strom durch die externe Schaltung unter der Wirkung von zwei Elektrodenpotentialdifferenzen. Gleichzeitig muss der Ladungstransfer aufgrund der Abwesenheit von freien Elektronen in dem Elektrolyten von der Oxidation oder Reduktion der polaren aktiven Substanz und der Elektrolytgrenzfläche sowie der Stoffwanderung von Reaktanten und Reaktionsprodukten begleitet sein. Die Ladungsübertragung im Elektrolyten erfolgt ebenfalls durch Ionenwanderung. Daher sind der normale elektrische Ladungstransfer und der Materialtransferprozess notwendig, um die normale Ausgangsleistung sicherzustellen. Beim Laden ist die Richtung der Elektrizität und der Massentransfer in der Batterie entgegengesetzt zur Entladung, und die Elektrodenreaktion muss reversibel sein, um den normalen Prozess des transversalen Stofftransports und der Elektrizität sicherzustellen. Daher ist die reversible Elektrodenreaktion die notwendige Bedingung für die Bildung der Batterie. G ist die Gibbs-Reaktion freie Energiezunahme (fokal), F ist Faraday-Konstante = 96500 Bibliothek = 26,8 Ann Shi, n ist die äquivalente Anzahl der Batterie-Reaktion. Dies ist die grundlegende thermodynamische Beziehung zwischen der elektromotorischen Kraft der Batterie und der Batteriereaktion und ist auch die grundlegende thermodynamische Gleichung zum Berechnen der Energieumwandlungseffizienz der Batterie. In der Tat, wenn der Strom durch die Elektroden fließt, weicht das Elektrodenpotential vom thermodynamischen Gleichgewicht des Elektrodenpotentials ab, ein Phänomen, das Polarisation genannt wird. Je größer die Stromdichte (der Strom auf der Einheitselektrodenfläche) ist, desto stärker ist die Polarisation. Das Polarisationsphänomen ist einer der Hauptgründe für den Verlust von Batterieenergie. Es gibt drei Gründe für die Polarisation: The Die durch den Widerstand jedes Teils der Batterie verursachte Polarisation wird als ohmsche Polarisation bezeichnet, und die Polarisation, die durch des Ladungstransferprozesses in der Elektroden-Elektrolyt-Grenzschicht verursacht wird, wird Aktivierungspolarisation genannt. und die durch die Verzögerung des Massenübertragungsprozesses in der Elektroden-Elektrolyt-Grenzschicht verursachte Polarisation wird als Konzentrationspolarisation bezeichnet. Das Verfahren zur Verringerung der Polarisation besteht darin, die Elektrodenreaktionsfläche zu erhöhen, die Stromdichte zu verringern, die Reaktionstemperatur zu erhöhen und die katalytische Aktivität der Elektrodenoberfläche zu verbessern.