电化学电池由阴极、阳极和作为催化剂的电解质组成。充电时,阴极/电解质界面会形成正离子积累,导致电子向阴极移动,从而在阴极和阳极之间产生电压差。放电时,电流从正极阴极通过外部读档流回负极阳极;充电时,电流则反向流动。 电池内部存在两条独立的路径:一条是电子流动的电路,为负载供电;另一条则是离子穿过隔膜在电极间移动的路径,该隔膜对电子而言是绝缘体。离子是失去或获得电子后带电的原子。隔膜使电极间电气绝缘,却允许离子通过。 电池在放电过程中释放电子的电极称为阳极;吸收电子的电极则是阴极. 电池的阳极始终为负极,阴极则为正极。这似乎违背了常规,因为按照惯例阳极是电流流入的端子。真空管、二极管或充电中的电池遵循这一规律;然而当电池放电向外供电时,阳极会转变为负极。由于电池是储存电能并提供能量的装置,其阳极始终为负极。 锂离子电池的阳极是碳(参见BU-204:锂电池工作原理),但锂金属电池的电极顺序相反。其阴极是碳而阳极是金属锂(参见BU-212:未来电池)。除少数特例外,锂金属电池都是不可充电的。阳极和阴极
电池的阴极是正极,阳极是负极。
表2a、b、c和d总结了铅基、镍基和锂基二次电池的组成,包括一次碱性电池。
| 铅酸 | 阴极(正极) | 阳极(负极) | 电解质 |
|---|---|---|---|
| 材料 | 二氧化铅(巧克力棕色) | 灰色铅,(成型时呈海绵状) | 硫酸 |
| 完全充电 | 二氧化铅(PbO₂),电子 | 铅(Pb),从极板上移除的电子 | 浓硫酸 |
| 放电 | 负极的铅转化为硫酸铅,电子从正极流向负极。 | 负极的铅转化为硫酸铅,电子从正极流向负极。 | 稀硫酸(水状) |
表2a:铅酸组成。
| 镍氢,镍镉 | 正极 | 负极 | 电解质 |
|---|---|---|---|
| 材料 | 氢氧化镍 | NiMH:储氢合金 | 氢氧化钾 |
表2b:镍氢电池与镍镉电池的组分构成
| 锂离子 | 正极(阳极)在铝箔上 | 负极(阴极)在铜箔上 | 电解质 |
|---|---|---|---|
| 材料 | 由钴、镍、锰、铁、铝衍生的金属氧化物 | 碳基 | |
| 完全充电 | 具有嵌入结构的金属氧化物 | 锂离子迁移至阳极。 | 有机溶剂中的锂盐 |
| 放电 | 锂离子回到正极 | 主要是碳 | |
表2c:锂离子电池的组成。
| 碱性 | 正极 | 负极 | 电解质 |
|---|---|---|---|
| 材料 | 二氧化锰 | 锌 | 水性碱性 |
表2d:一次碱性电池的组成。
离子流的实现依赖于一种名为电解质的活化剂。在富液电池系统中,电解质可在插入的电极之间自由流动;而在密封电池中,电解质通常以湿润状态添加到隔膜中。隔膜将阳极与阴极分隔开来,形成电子的隔离屏障,同时允许离子通过。(参见BU-306:隔膜和BU-307:电解质)
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