化 學 電 池 的 構 造


■本單元將透過簡單的實驗,了解一下電池如何產生




1.鋅片上產生電子

鋅片上產生電子,鋅原子(鋅片的主要成分)留下電子後,變成鋅離子溶解入電解液中,幾乎不會融入銅片中。

2.鋅片上的電子大移動

鋅片上的電子數逐漸增加(視鋅的溶解份量),經由導線往銅片(正極)方向移動。

3.氫離子接收電子

電解液的硫酸中含氫離子。因為「氫」變成離子的力道比「鋅」弱,所以,相同的電解液中假使產生鋅離子,已經往銅片移動的電子就會與氫離子緊密結合,又變成氫氣。當電子被消耗後,鋅片上的電子就會再度移動。電流會透過以上步驟,和電子的流向背道而馳,產生電力。

 


【 錳乾電池 】

外側為鋅罐(負極材料),內側裝著二氧化錳與電解液(氯化鋅溶液)混合成的正極混合劑(正極材料)。


 




【 鹼性乾電池 】

鹼性乾電池和錳乾電池正好相反,「鋅」位於中央部位,外側包裹著二氧化錳。採用此構造即可裝入大量的二氧化錳和鋅,製作成更持久、更耐用的高能量電池。



【 空氣鋅電池 】

「空氣鋅電池」係指以「空氣中的氧」為正極材料的電池。利用觸媒電極活化空氣中的氧氣後作為正極材料,再以鋅為負極材料,以鹼性水溶液為電解液。




【 充電電池鎳鎘電池 】


正極使用氫氧化鎳,負極使用金屬鎘,利用隔離層隔開正、負極,儘量加大電極面積,捲成漩渦狀後裝入電池容器中,形成一個大電流、快速充電的電池。

 

以下介紹的都是維持人類的生活,最具環保概念的嶄新型態電池。


■太陽電池

「太陽電池」係指利用堪稱「取之不盡、用之不竭」的陽光來「製造電力」,且最具環保概念的電池。此電池和鹼性乾電池、鎳鎘電池等化學電池不一樣,不需要將電能貯藏在容器中,是一種轉換裝置,太陽電池照射陽光後即可將光能轉換成電能。生活周邊最常見的採用實例如:計算機、手錶、公園堛漁厊薄B道路標誌、個人住宅的自用發電設備等。

■住宅用太陽光發電系統

充分利用屋頂等空間,直接將太陽光能轉換成電能的發電系統。首先,必須安裝一組太陽電池組件(module),將太陽光能轉換成直流電,再利用逆變器將直流電逆變成家庭用交流電。註:多餘的電可賣給(賣電)電力公司。

■大規模太陽光發電系統

利用人造衛星將太陽電池板(組件)送到太空,再利用微波將電力傳送到地面上的『宇宙太陽電池』、將超大型太陽電池設置在無人居住的沙漠上,利用輸電線將電力輸送到世界各地的『沙漠太陽電池』等開發計畫,是目前最大規模的太陽光發電系統運用計畫,都是最令人期待的世界規模能源運用計畫。

■電動汽車(EV)、混合動力電動車(hybrid car)專用電池

「EV」為Electric Vehicle之縮寫,係指以電池為動力來源(或部分動力來源為電池)的汽車之總稱。其中以電池為動力來源、以電馬達為驅動裝置的電池汽車就叫做「PEV」(Pure Electric Vehicle)。



目前,上述車種已達實用階段,已可在馬路中來回穿梭。
EV上所使用的電池如:鎳氫電池、鋰離子電池、SEAL鉛蓄電池等,都是頗具環保概念的電池,是目前最令人期待的領域。其次,使用燃料電池的電動汽車相關研究也順利地推動著,不斷地朝著實用化目標邁進。

■燃料電池發電系統

與太陽電池並列為最具潛力的關鍵科技產品的就是燃料電池。燃料電池完全不使用傳統的化石燃料。燃料電池是一種可將氧氣、氫氣、甲烷、海水等大量蘊藏於大自然環境中的能源轉換成電力的系統。這類能源是否能順利地開發,對於解決能源問題或地球環境問題越來越重要。

■都市之分散型供電系統

即使只是「瞬間停電」也足以癱瘓整個都市的機能,為了更穩定地供電,除了必須確保一個大規模的二次電池電力貯藏設施外,各地區亦須擁有一個「具備獨立電力來源」的分散型供電系統,此系統有別於來自變電所的一般供電,必須透過燃料電池發電、太陽光發電,風力發電等多方面的系統來確保地區的穩定供電。


■甲烷發電系統

目前,最不可思議、最受矚目能源就是利用家畜排泄物的「甲烷發電」。利用甲烷菌分解密封槽內的排泄物後取出甲烷氣體,利用氣體引擎即可產生電力。只要人類不斷地飼養家畜,即可源源不絕地取得這種能源。此燃料電池發電規模非常小,且以達到實用化目標。1998年起日本國內開始運轉的系統,每天都利用45噸的排泄物,穩定地供應著3200kw的電力。

1. 鎳氫電池
 (電動汽車專用)

2. 太陽電池、建材一體成形太陽電池
 (都市發電機、大樓家庭用電源專用)

3. 大型鉛蓄電池
 (電力蓄電器)

4. 燃料電池
 (都市發電機、大樓家庭用電源專用)

5. 鋰二次電池

 

 

資料來源: 恆隆行

 

 發布時間:2007年4月26日

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