本课程是北京大学开设的一门在线大学化学基础课，主要面向具有大学水平的化学初学者。课程内容基本涵盖全部基础化学概念。
10-7 电池与燃料电池-电池概述、铅酸电池
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大学化学
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电化学
在化学中，电的现象与它在物理中同样重要。也可以说，化学与物理在电化学领域交汇在一起。目前，由于新能源（例如太阳能电池、光电转化、电致发光等）已经是最重要的科技前沿之一，因此电化学也广受重视。近年来，电化学领域取得了很多重要的进展。
Meet the Instructors
Prof. Jiang BianAssociate Professor
College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University
电池。Batteries and Cells. 你注意到Batteries和Cells有什么区别。
Battery和Cell。什么叫battery什么叫cell？
Battery，好像一般卖的叫battery吧。
Cell好像一般实验室里的cell。好像一般是这样的。
完了那个那个怎么说呢就是
Battery好像一般是装在一盒子里的，cell好像很多iii
是吧，好像很多是这样的，这个这个这个不太一样，但实际上现在已经混用了。
我觉得没有太-特别大的差别，特别大的差别不是很多。 那么电池作为电池有一些基本要求。
大概我猜，尽管你对电池领域完全不了解，你大概也能想到这些基本要求。
首先第一个肯定电压要高。电压越高
说明它动力越强。能驱动的东西也就越重是吧
它做工做工能力高嘛是吗？那么电容量，第二电容量要大。
电容量要大就能用的时间长嘛，寿命长。
电容量大就是你这电池别人买那电池
能用一个月你能用一年，能把他气死。那么这个差很多。
是吗？然后便携，第三个是portable，便携就是越小越好。 所以所以最小当然是纽扣电池啦。
那么当然是现在纽扣电池你能发现用力又不是很多了。现在
纽扣电池iii已经不是很多了。5号7号电池用的最多。
反而7号电池用的最多。完了也就是说纽扣电池其实有点小问题，有点污染。
然后另外一个自放电低。自放电低什么意思呢？就是
比如说某年某年电池大减价，你一高兴买了一箱子在那一放。 第二年全变废电池了，因为它放电，电池放哪儿它会放电。
它自己会会会穿透。阴极阳极自己会反应了，到到了第二年就变成废电池了。
特别是潮湿天气下。南方那种潮湿天气下，空气中充满着iii这种电解质。
这个，就是完了那么总之总之放电了。
另外就是说充电电池的自放电
都比较强，都不太好。也就是说你要当一备用电池的时候
比如说你想，比如说地震区，比如说四川地震地区。
地震地区你可能床头放那个手电筒。 避免一旦地震了没电了，你得拿手电筒找东西嘛。
那么但手电筒里有电池啊。你要是放锂电池是非常不靠谱的。
锂电池一般一年左右它自己会跑电就差不多了。
那么如果你放碱性电池，只要保持干燥
应该还可以，应该还可以。那么所以说你要用应急电池
一定要用个自放电能力比较差的。自放电比较低的。
第三寿命长通常是充电电池。充电电池用充电次数。
一般来说，街上卖的锂电池通常能耗冲几千次。
几千次，但是你基本冲不上那个千数就该扔了。
基本冲不上那个次数就该扔了，甚至你的手机都该扔了。 那么手机一般也充不了那么几千次。
一般来说你手机能用几年。大概我印象我们化学院有些老先生那手机用两年还是比较长的。
那个手机一看那个按键都没有了。 人家自己还能，你c键都找不着了。
这个这个这个12345都看不见，人记着那哪个是哪个。
那么这个这个完了另外有一位有一位另外有一位老先生，另外一类。
是那手机啊仅供自己观摩，基本不开机。
基本不开机，短信都不来发的，一律打电话一律都不接。
从来也不用它的，不打电话，就每天揣兜儿里。就揣兜儿里。
完了那么那么需要的时候拿出来摆着摆着呢。 好像但是从来不接，从来不接。我们有这种
完了那个那个永远iii，永远iii，所以那个因为有人问我
某某先生他手机号是多少。我说我可以告诉你
但也可以同时告诉你他不开机。那么那么你基本打不通。
他开着机人也不接。那么所以所以说这个这个每个人习惯不一样。
然后另外呢这个电池分类，电池基本分类。电池基本分类一般分三类。
现在一般分三类。一次电池，就是碱性电池，就是一次用电池。
充过电一次的，那么不是叫充过电一次的，应该只能用一次的。二次电池就是可充电电池。
那么当然不是说只能用两次。
这个这个表示是能用多次，二次就是区分一次。
那么蓄电池，包括蓄电池，和这种rechargeable，包括锂电，包括原来镍氢，还有什么？
镍铬等等这类电池。这些都属于二次电池。还有一个介于二次之间的燃料电池。
燃料电池说实话，它既属于一次电池也属于二次电池。
为什么呢？它实际上它的燃料电池物质是消耗掉的，它是不能充电的。
但它由于它的燃料是可以连续注入的
那因此因此它可以用很久很久。你只要不断注入它就不断用。
跟那普通的碱性电池又不一样，你用一次也就扔。 它这个不用扔。那么你只要连续注入它就连续使用。
所以它既属于一次也属于二次。但是，因此也单独属于一类，燃料电池。
它的燃，它的电池物质是连续注入的。
通常是气体或是液体，那么这是这是燃料电池。
完了另外呢手机行业的变迁是让人见见证了这个电池的发展。
那么上面那个实际上世界第一个手机，世界全球第一个手机。
摩托罗拉的手机。那么你看到它是两个人来拿的。
肯定不是手持电话，是人背电话。 那么前面，我看看，看这一个。
前面耳机在，耳机在谁那儿呢？耳机在谁那儿呢？完了那前面那举着一个烟筒。
那是天线。天线。斜挂着一个小箱子。
电池，电池，完了
主机在哪儿呢？主机没看见。就在后面那个谁那里。
反而耳机在这，耳机在这，好了那么有耳麦吧，有耳麦，好像有耳麦。
完了那么那么这是这是全球第一个在
在哪儿呢？在应该在东部，在美国东部。哪个城市来着？我记不清了。
完了在那个街头他来测试那个手机信号。测试这个世界第一个手机。
那现在你要拿这个手机在北大门前一打，也很拉风，也很拉风，别人不知道你忙什么呢。
以为你收收收废铁的呢。那么这个收烟筒的。那么那么这是这是第一个，下面我们大家看是iphone。
是iphone。那么实际上你知道这个早期手机的是越来越小。
越来越小的主要原因是电池越来越微型化。
早期的手机大小主要取决于电池的大小。 主要取决于电池的大小。电池越小手机可以做越小。
所以说当年拿出个小手机来是很 很很很很吸引眼球的。
你拿出一个小手机来大概也就一个巴掌大小，别人会觉得很很很牛。
很牛。完了那么当然原来更最早的是大哥大嘛。
大哥大就是那个那个很大一个砖头一样的东西。
吃饭的时候一般要放在私人桌子正中间，立着。
这样别人一看，这桌有大哥大。 不是一般人的。能拿大哥大的
都都至少局级以上吧。局级以上才有这个东西。
完了那么完了后来又越做越小越好看。但现在不一样了，现在你会发现手机越做越大。
是吧，就是三星的那个什么Note？什么Note？越做越大，将来像门板一样。
这个越做越大，现在主要是为什么呢？瓶颈不再是电池了。
现在大家喜欢大屏，手触屏嘛，有的人
手比较粗，这个这个那个那个你要做那么小的手指一按，都没法按，是吗？
所以所以你知道这个这个现在技术的变化，现在电池已经跨过这一关了。
那当然电池还有另外一个问题。当然除除了这个
怎么说？使用长-使用量，使用时间之外，还有一个安全性。
锂电池还有安全性的问题。那么锂电池还有一个现在大家期望的不是只能用手机电池。
大家期望要用动力电池。能跑汽车跑飞机的电池。
当然没见哪个飞机能寄插锂电池就飞了，那个那个模型飞机还差不多。
那个那肯定不能，汽汽车存锂电的有。
比亚迪，就去年着陆的那辆。去年着陆的那辆那就是纯电能汽车。
那么所以所以说这个锂电现在需要继续攻克的还是动力电池这款。
那么中国现在给纯电动汽车就是说 北京，纯电动汽车将不限跑。好像说已经公布了吗？我忘了。
好像说不限不限号。就不用摇号了，不用摇号了。
那有的老百姓就想了，咱们先买个锂电池汽车，完了
把它卖，用这号再买一个汽油汽车，想得美。
市政府早就想好了，锂电池汽车永远只能iii锂电池汽车，你那好不能串来串去。
串来串去你不去骗政府么，这个这个这个公安局都得找你，是吧。
那么这是这是，然后那么电池。第一个蓄电，电池是铅酸电池。
铅酸电池，当然铅酸电池现在不是潮流，但它仍然在用，说明这东西很好。
那么铅酸电池就是传统车载电池，那电瓶，
电瓶车，是吧，电瓶车也在用这个，那么然后基本要求，铅酸电池基本要求，
它的瞬时电流还是很高的，当然它是可，不断充电的。
你把个电池，车载电池是怎么充电的，知道吗？ 你，你，你电瓶你充过电吗？
你，你你充过手机，充过手，就是
电瓶肯定你一点火用的是电瓶嘛， 完了你车灯用的是电瓶嘛，你收音机什么，不是收音机，那个那个CD，
DVD 都是电瓶嘛。那么那电瓶点哪来的呢？
对对，车自己用汽油，是吧， 充的，用汽油充的，所以说你用电瓶用得多当然汽油也就用的多。
当然有另外一个问题。老电瓶，如果你晚上忘关车灯了，以前经常这种事，北京晚上见得太多了，
马路边上，停一溜车，有个大灯打着呢。第二天就要被拖车了。
被拖车了，因为电瓶就耗尽了。耗尽第二天打火就打不着了。
打不着就得叫救援，救援很贵，当年很贵，
但现在好像很多保险公司给免费救援，当年一个救援要你500，600很常见。
那么那么给你拖走，或者是现场给你打起来。
那么现场打起来还不行，现场打起来你那电瓶还是没电，
还是没电你怎么办呢？你，你，你就得赶紧把火打着，
再绕着楼转啊转啊转啊，充电，要充电，完了那么你 就，要怎么办？要就没事的话，天安门转一圈再回来。
这个这个，反正充上电，一般要跑个10，20公里。充上电，完了那么，现在一般都好了，现在电池
你哪怕两宿不关灯，应该也没事，
只要这电瓶过关。应该也没事，不至于把电给跑光了， 那么但是当年不行，当年不行，当年电瓶都很烂。
完了那么电池反应。这是铅酸电池电瓶，
那么实际上里面的怎么说，电极反应是铅和二氧化铅之间的反应，
铅被氧化成二氧化铅，二氧化铅被还原成铅。
这整个的一个反应。那么这里头显然电解质是一个硫酸电解质。
那么，电池物质是铅，这呢，海绵状铅。
完了这便是絮状的二氧化铅， 完了放在铅板上，放在铅板上，填在里边。
这样呢，反应过程中，就是铅跑到二氧化铅那边去了，那么再回来就跑回来。
充放电过程，充放电过程。
那么由于这个原电池的电极，电池电动势只有两个伏，两个伏特，只有两个伏，
那，而汽车，而汽车点火需要12伏，
那因此你要串6个，串6个才能点火。
所以每个电瓶都是串6个，6对，6对极板，
那么这个不能搞错，你要少串一个就打不着火。
那么这是，这是反应，阴极反应，二氧化铅被还原，二氧化铅被还原。
完了那么，这边是铅被氧化成硫酸铅，这边二氧化铅被还原成硫酸铅。
然后充电，充电就回去，我把铅歧化成二氧化铅和铅。
那么这是整个过程，那么当然这里有个问题，这里有个问题，由于这整个过程都是固体，
固体，因此充放电每次情况
按道理有损失，是吧，你不可能完美的 完成这个循环，实际上所有的电池都有这个问题，
那因此每次都要少一点，每次都要少一点，因此你的电量越来越少越来越少，
因此电瓶实际上是有寿命的，用到一定年头实际上是要换电瓶的。
一般车载电瓶，我印象是，早年时3到5年是必须更换的。
当然现在我不知道这技术，现在车能达到多少年，一般来说3到5年肯定你要更换电瓶，你不更换电瓶，
可能就有问题。 就你要连续使用可能就耗光电，耗光电，耗光电。
所以说要更换，那就是因为它充放电循环每次会损耗这个，
损耗这个电池物质，电池反应物质。实际上锂电池的充放电也跟这有关。
实际上过去电，就笔记本，比如说早期笔记本就很土，
很土就是什么意思呢？就是你每次一插电源一开机，
咱哪怕你插上电源开机，它也会先用电池来启动，
先用一些电池来启动， 所以说每，当你启动次数多，比如像老师嘛，
老师就经常在办公室启动一下，在旁边启动一下，又开会又启动一下，一天启动好多次。 一般来说，半年左右你那个电池寿命就差不多了。
比如说，你原来的待机时间，如果用电池待机新的是3到4个小时，
半年后，可能待机半个小时都不到，都没有。就电量大幅的下降，
那么所以当年他们交给我一绝招，就是每次启动前把电池卸下来，
它就不读电池，直接去读那电源了。用电源电，
这样你的电池的寿命就很，保持很久，几年内那电池都不会变化。
完了但是呢，现在笔记本这个解决这个问题了。
它就是说只要插上电源，它就永远不读电池。它直接读，用电源电，
那么这样你的电池实际上是被保护住了。你每读一遍就要充放电一次，
那那你电池会损耗很大。另外我发现电，电源实际上它可以做到什么呢？
比如说你的电池有90%以上，它都不给你充电，它不给你充电，
你必须下降到一定幅度它才会开始给你充电，一次充满，
一次充满。这样你就，不至于你这个电池每天都在充电。充电充放电次数越多损耗越大，
寿命越短，寿命越短。所以说这都是技术上可以
解决的，但它没有，仍然没有解决寿命问题，它只不过尽量少用电池，
它仍然是绕开这个问题。这与电池寿命是一个，是一个极限吧。
是你在这个范围内，这个极限就是电池寿命。那么这是， 这个电池电动势只有两个电伏，两个伏特。
2.041，大概是两个，串6个可达到工作电压12伏。
这是汽车车载要求的基本电压。 那么这是铅酸，当然铅酸电池现在来说是一个不好的电池。
优点是它特别简单，甭管是发展中国家还是发达国家，哪怕非洲，
你说建个厂，生产个电池，一点问题都没有，这铅，无论铅和硫酸都好弄。
只要非洲找个化工厂，这些东西都是好弄的。
你剩下就是做个包装，给它弄好就行了。
那么所以这个电池任何人都能做。所以在一两个世纪前，汽车刚出现的时候就用这个电池，
完了导致美国大面积的污染， 因为早年没有环保意识，美国人又有又比较随便，
用完了这电池满街扔，看个地吡啊就扔出去了。
我知道这个中国铁路两边都是废啤酒瓶特别多，那个方便面盒，啤酒瓶特别多，
因为都吃完了顺橱窗嗖扔出去了。
那时候美国人兴扔这个东西，扔这个，这个这个铅酸蓄电池，里边有硫酸，
所以说只要硫酸撒出去，这片地就甭，甭想长草，可以寸草不生。
所以污染很严重。完了美国这种东西可以堆积如山，它汽车已经一个世纪多了。
那么所以堆积如山，所以现在它， 现在不是潮流了，但现在还是由于技术简单，
基本所有车都用这个东西，只要是汽油车，
基本都这东西。你要纯电动汽车很少用这东西。
那么纯电动汽车用这东西那个叫电瓶车，是吧。
电瓶车特点是跑不快吧，是吧，拉个老年人或者残疾人，
那么代代步这是可以的，你说上高速，你看警察让不让你上高速。
这个，时速一般你达不到那个高速的下限吧，那么60公里以上，每小时60公里以上，
那得背好多电瓶吧，背好多电瓶弄不好还拉不动呢，电瓶很沉的。
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