电化学│常见电池知识
浏览次数： 342 发布时间：2026-03-09 15:15:04 发布人：editor
一、电池的"记忆效应"
记忆效应就是电池用电未完再充电时容量下降（"记住"较短的放电区间）。通俗说，就是电池长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量。电池好像记忆了用户日常的充、放电幅度和模式。氢-镍、镉-镍电池的记忆效应较为严重，而锂离子电池不存在记忆效应。
二、"电化学惰性"
"惰性"只是一个具有相对意义的概念。电化学惰性，通常指某种材料上进行电化学反应速率慢，该电化学反应具有较小的交换电流，电化学极化大。这个概念仅具有相对意义，例如，在金电极上很多有机小分子以及氢气的电化学氧化性能很差，但是通过降低其粒径并利用其特殊的表面晶面，其电催化活性可以和金属铂相媲美。一般认为碱锰电池正极中的黑锰矿相是电化学惰性的，不过通过掺杂NaBiO3纳米颗粒后可以彻底改变其电化学活性。
三、燃料电池的基本原理
燃料电池（fuel cell）的核心部分由阳极、阴极、电解质构成。电解质通常介于阳极和阴极之间，具有传导离子和阻止燃料和氧化剂的直接接触的作用。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。H2作为燃料被连续地输送到阳极，在阳极电催化剂的作用下，发生电化学氧化反应（生成H+，并释放2个自由电子）。H+通过电解质从阳极传递到阴极，自由电子则通过电子导体从阳极流经负载后运动到阴极。在阴极上，O2在催化剂的作用下，发生电化学还原反应，即与从电解质传递过来的质子和从外电路传递过来的电子结合生成H2O总的电池反应。两个电极反应的电势不同，从而产生电势差，并释放出电能。
四、"微电池"引起电池腐蚀
一个电化学腐蚀体系（金属/腐蚀介质）实质上是短路的原电池，其阳极反应使金属材料破坏，腐蚀体系中进行的氧化还原反应的化学能最终不能输出电能，全部以热能形式散失。这种导致金属材料破坏的短路原电池称为腐蚀电池。当金属表面含有一些杂质时，金属的电势和杂质的电势不尽相同，可构成以金属和杂质为电极的许多微小的肉眼无法辨认的短路电池，称为微电池，从而引起腐蚀。
五、电池自放电的原因及影响
一次电池或充电后的二次电池在一定条件（温度、湿度等）下贮存时容量会有所下降，这称为电池的自放电。一般认为电池自放电主要是由负极腐蚀和正极自放电引起的。负极腐蚀：负极多为活泼金属，其标准电极电位比氢电极负，特别是有正电性金属杂质存在时，杂质与负极形成腐蚀微电池。正极自放电：正极上发生副反应时，消耗正极活性物质，使电池容量下降。例如，铅酸蓄电池正极PbO2和板栅铅的反应，消耗部分活性PbO2。电池自放电与电池的贮存性能密切相关。作为化学电源，要求它在使用时能够输出电能，贮存时最好不要有能量损失。而电池存在的自放电（其大小可用自放电率表示），将直接影响电池的贮存性能。
六、金属-空气电池又称"半燃料电池"
金属-空气电池（MAB）的特征是还原剂（如Zn、Cd等）和氧化剂（如MnO2，AgO等）分别制成负极和正极材料置于电池壳体内，放电时这些电极活性材料发生电化学氧化还原反应而不断被消耗，待其消耗殆尽时，电池则不能再放电。MAB 的阳极材料（通常为电化学氧化活性高的活泼金属），如 Al、Mg等在电池放电过程中被消耗；阴极具有燃料电池的特征，即氧化剂（如O2、H2O2等）从外部连续地输送到阴极，阴极 本身不消耗。因此，将这种特征介于电池和燃料电池之间的电化学能量转换装置也称为"半"燃料电池。
七、铝作为阳极会有什么问题，如何解决？
铝作为电池的阳极材料在实际应用中也存在一些不容忽视的问题。铝的表面易生成一层致密的氧化物构成的钝化膜，使铝的氧化变得困难，负极出现很大的电化学极化，导致电极电势达不到应有的理论电极电位，同时还造成放电时的电压滞后现象。其次，铝是典型的两性金属，活泼性较高，氧化膜一旦被破坏就会迅速发生自放电腐蚀，损失电化学容量的同时放出大量氢气，降低电极的利用率，并影响电池正常工作。铝表面的钝化层是决定铝负极性能的关键因素，钝化层太厚则会降低铝的放电速率，电化学极化增大；钝化层太薄则铝容易发生自放电腐蚀，导致容量损失。 解决此问题，可采用以下方法：
① 向铝电极中添加一些微量合金元素使铝合金化，利用元素掺杂改变钝化层的性质，可实现"活化"和"缓蚀"目的。② 在碱性电解质中添加CaO、ZnO等可有效抑制铝的腐蚀，减小其电化学极化。
记忆效应就是电池用电未完再充电时容量下降（"记住"较短的放电区间）。通俗说，就是电池长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量。电池好像记忆了用户日常的充、放电幅度和模式。氢-镍、镉-镍电池的记忆效应较为严重，而锂离子电池不存在记忆效应。
二、"电化学惰性"
"惰性"只是一个具有相对意义的概念。电化学惰性，通常指某种材料上进行电化学反应速率慢，该电化学反应具有较小的交换电流，电化学极化大。这个概念仅具有相对意义，例如，在金电极上很多有机小分子以及氢气的电化学氧化性能很差，但是通过降低其粒径并利用其特殊的表面晶面，其电催化活性可以和金属铂相媲美。一般认为碱锰电池正极中的黑锰矿相是电化学惰性的，不过通过掺杂NaBiO3纳米颗粒后可以彻底改变其电化学活性。
三、燃料电池的基本原理
燃料电池（fuel cell）的核心部分由阳极、阴极、电解质构成。电解质通常介于阳极和阴极之间，具有传导离子和阻止燃料和氧化剂的直接接触的作用。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。H2作为燃料被连续地输送到阳极，在阳极电催化剂的作用下，发生电化学氧化反应（生成H+，并释放2个自由电子）。H+通过电解质从阳极传递到阴极，自由电子则通过电子导体从阳极流经负载后运动到阴极。在阴极上，O2在催化剂的作用下，发生电化学还原反应，即与从电解质传递过来的质子和从外电路传递过来的电子结合生成H2O总的电池反应。两个电极反应的电势不同，从而产生电势差，并释放出电能。
四、"微电池"引起电池腐蚀
一个电化学腐蚀体系（金属/腐蚀介质）实质上是短路的原电池，其阳极反应使金属材料破坏，腐蚀体系中进行的氧化还原反应的化学能最终不能输出电能，全部以热能形式散失。这种导致金属材料破坏的短路原电池称为腐蚀电池。当金属表面含有一些杂质时，金属的电势和杂质的电势不尽相同，可构成以金属和杂质为电极的许多微小的肉眼无法辨认的短路电池，称为微电池，从而引起腐蚀。
五、电池自放电的原因及影响
一次电池或充电后的二次电池在一定条件（温度、湿度等）下贮存时容量会有所下降，这称为电池的自放电。一般认为电池自放电主要是由负极腐蚀和正极自放电引起的。负极腐蚀：负极多为活泼金属，其标准电极电位比氢电极负，特别是有正电性金属杂质存在时，杂质与负极形成腐蚀微电池。正极自放电：正极上发生副反应时，消耗正极活性物质，使电池容量下降。例如，铅酸蓄电池正极PbO2和板栅铅的反应，消耗部分活性PbO2。电池自放电与电池的贮存性能密切相关。作为化学电源，要求它在使用时能够输出电能，贮存时最好不要有能量损失。而电池存在的自放电（其大小可用自放电率表示），将直接影响电池的贮存性能。
六、金属-空气电池又称"半燃料电池"
金属-空气电池（MAB）的特征是还原剂（如Zn、Cd等）和氧化剂（如MnO2，AgO等）分别制成负极和正极材料置于电池壳体内，放电时这些电极活性材料发生电化学氧化还原反应而不断被消耗，待其消耗殆尽时，电池则不能再放电。MAB 的阳极材料（通常为电化学氧化活性高的活泼金属），如 Al、Mg等在电池放电过程中被消耗；阴极具有燃料电池的特征，即氧化剂（如O2、H2O2等）从外部连续地输送到阴极，阴极 本身不消耗。因此，将这种特征介于电池和燃料电池之间的电化学能量转换装置也称为"半"燃料电池。
七、铝作为阳极会有什么问题，如何解决？
铝作为电池的阳极材料在实际应用中也存在一些不容忽视的问题。铝的表面易生成一层致密的氧化物构成的钝化膜，使铝的氧化变得困难，负极出现很大的电化学极化，导致电极电势达不到应有的理论电极电位，同时还造成放电时的电压滞后现象。其次，铝是典型的两性金属，活泼性较高，氧化膜一旦被破坏就会迅速发生自放电腐蚀，损失电化学容量的同时放出大量氢气，降低电极的利用率，并影响电池正常工作。铝表面的钝化层是决定铝负极性能的关键因素，钝化层太厚则会降低铝的放电速率，电化学极化增大；钝化层太薄则铝容易发生自放电腐蚀，导致容量损失。 解决此问题，可采用以下方法：
① 向铝电极中添加一些微量合金元素使铝合金化，利用元素掺杂改变钝化层的性质，可实现"活化"和"缓蚀"目的。② 在碱性电解质中添加CaO、ZnO等可有效抑制铝的腐蚀，减小其电化学极化。