化学工程化学与化工
 
 
氧化还原--用身边最常见的材料制作二次电池
三硝基二甲苯 2015-6-13 02:53:54
今天好不容易有空,脑子顿时小抽了一下,冒出了这个想法。
先科普一下电极电势:当金属在水溶液中时会发生水合作用,从而形成水合物。在这个过程中,金属会被氧化,失去电子。在酸中常以金属离子存在;在碱溶液中则会以氢氧化物的形式。但不管怎么说,脱离金属发生水和作用的金属原子都失去了电子;但其实电子并没有丢失,而是留存在金属固体中(即未水合的金属原子聚集成的晶体),使金属带负电,溶液(在酸中是这样,碱中则是氢氧化物沉淀或胶体)带正电,当反应不断进行,电荷不断累积,直到达到一个值使得金属再也不能接受更多电子,溶液相对不能容纳更多阳离子(或带正电的物质)时,反映从宏观上停止(微观上是金属水合-析出达到了平衡。即正逆反应平衡)这是金属与带正电部分所形成的电压即为该物质的氧化态-还原态的电极电势。。
其实说白了就是个电压。会随着温度和相应粒子浓度变化而变化。
因为酸碱水合不同,标准电极电势分酸表和碱表。
不多说了,这不是重点。。。
看看铅酸电池的工作原理。是让铅在0-2-4这三个化合价之间变化并且利用了铅6S的惰性电子对效应。发生的氧化还原反应。那么,我们能不能也使用类似的金属来做呢?答案是肯定的。但是純铅不好找。不过我知道焊锡里边有,大家应该很容易买吧。。。
我的思路是先制作电极,之后通过电解氧化阳极,还原阴极(PS:阴极为金属单质,所以在阴极实际还原的是水中的氢离子)这个反应消耗氢离子。所以要用一种提供氢离子的东西,并且在放电时,正四价的铅(锡)和铅(锡)与单质发生归中反应。放电。。这时电极表面的活性材料归中为2价,再充电,开启循环模式。。
空想是不会出结果的,所以试一下。



看着三幅图,焊锡丝能明显被氧化,并且阴极并没有氢气析出,反倒是金属氧化物被还原成金属了。虽说阴极只是烙铁头吧。。

回到正题,验证过思路以后,我们就可以动手了。刚刚的电解液是碳酸氢钠溶液,至于为何不用氯化钠我只能说电解阳极出氯气,不好闻还干扰试验。。
首先制作电池正极(我有时候阳极正极可能会混用,因为二次电池中有电解池的组份)莫吐槽
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大体上截取30厘米的焊锡丝像这样盘起来
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在用一点点,别太多卫生纸包起来其实正极就做好了,然后在外面缠上大约相同长度的焊锡丝,并且和正极一样留一根接线柱,建议略长以用来区分正负极244655

接下来就是找个器皿,放进去,加电解液进行试验啦
这是没有进行充电(第一次充电是极化,谁正谁负没意思,但第二次必须俺第一次充电的电极冲。。我个人建议吧被卫生纸包裹的电极作为正极,因为正极上会有容易脱落的黑色的物质。其实就是二氧化铅一类的高价金属氧化物。脱落的话一不美观,二影响效率so你懂得)
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下一步就是极化,正确的操作是用电阻控制电流,因为这样做的电池内阻很小,直接冲可能有危险。PS:我是没条件,不然我为啥很么大半夜发帖子
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6V的铅酸电池(新充满的)连上之后的电压。。内阻不是一般小。。。所以坚持了大约2秒,拍完照就算了。。
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在断开自制电池的一瞬间,铅酸电池电压恢复正常。。。。。。。。。。刚刚电流要多大啊。。
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之后大致上就在这个电压了。用指针式安培表说明了短路电流大于150毫安
短路后电压迅速下降。说明活性物质已经消耗得差不多了。。。因为溶剂是弱碱性的溶液,所以查了电极电势碱表后得到了如下数据:
二氧化铅到铅离子是1.693V;铅到铅离子0.126V理论标准电极电势应该是1.819V。可能是因为种种原因偏差了。毕竟这也不是真正的强碱环境,温度也不是标准温度。。。大家可以自己找找与锡的电极电势,看看是不是符合。再说下,电势差大的先反应。铅因为6S惰性电子对效应导致四价时氧化性极强所以应该二氧化铅-铅的电极电势大,先反应。。。只是应该。。。
下次买个LED看看能不能串联几个电池带起来。244638

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[修改于 3 年前 - 2015-06-23 21:20:41]

2015-6-13 03:04:39
三硝基二甲苯(作者)
1楼
明天就开学了。没办法看你们吐槽了。只能再等到端午节了
2楼
杂质太多了,基本是各种反应的混合物吧,如果你用纯银片当电极做银锌电池,5cm?的极板面积就能得到2A的短路电流,而且绝对可逆,能看到电极物质因为放电迅速消耗。只要解决了产氢问题就是个大倍率充电电池
3楼
引用 北落师门:
杂质太多了,基本是各种反应的混合物吧,如果你用纯银片当电极做银锌电池,5cm?的极板面积就能得到2A的短路电流,而且绝对可逆,能看到电极物质因为放电迅速消耗。只要解决了产氢问题就是个大倍率充电电池
银 好 贵

然后就是镀锌的时候,电解液的配置、电流大小要求挺高的

[修改于 3 年前 - 2015-06-13 13:09:47]

4楼
引用 20!不曾存在:
银 好 贵

然后就是镀锌的时候,电解液的配置、电流大小要求挺高的
无所谓的,做的是电池而不是电镀锌,还有要是银足够薄的话也要不了几块钱
5楼
引用 北落师门:
无所谓的,做的是电池而不是电镀锌,还有要是银足够薄的话也要不了几块钱
我还以为你说的可逆是指充电电池



镀的不好,很容易自己氧化粉碎了
6楼
引用 20!不曾存在:
我还以为你说的可逆是指充电电池



镀的不好,很容易自己氧化粉碎了
没事的,只需要一薄层的锌,太厚了反而影响性能,所以海绵状的也是可以的
2015-6-15 16:36:58
7楼
引用 北落师门:
杂质太多了,基本是各种反应的混合物吧,如果你用纯银片当电极做银锌电池,5cm?的极板面积就能得到2A的短路电流,而且绝对可逆,能看到电极物质因为放电迅速消耗。只要解决了产氢问题就是个大倍率充电电池
可以拿硫酸铜
8楼
我计划用铜,硫酸铜,锌和硫酸锌。

但是一直也没有动手。手机的锌被媳妇扔了。
9楼
引用 北落师门:
杂质太多了,基本是各种反应的混合物吧,如果你用纯银片当电极做银锌电池,5cm?的极板面积就能得到2A的短路电流,而且绝对可逆,能看到电极物质因为放电迅速消耗。只要解决了产氢问题就是个大倍率充电电池
话说可以从废旧银锌纽扣电池里提取银吗?
从电池反应方程式看应该很容易,但是从百度搜索结果来看好像很难?
10楼
引用 五成熟的牛排:
话说可以从废旧银锌纽扣电池里提取银吗?
从电池反应方程式看应该很容易,但是从百度搜索结果来看好像很难?
如果是真正的银锌电池,正极那边就是一坨银粉,烧到1000℃就会化成一颗球,但是大部分情况下所谓的银锌电池只是碱性电池的冒牌货,所以不要想了,高档手表里用的那些电池比较靠谱,基本上都是银锌,只是买颗电池也要不少钱。最靠谱的是淘宝上直接买银片..那种打金店自己加工的,不能925银,要纯银的,也不是很贵,关键是可以代加工成薄片,免得自己动手
2015-6-20 13:37:33
三硝基二甲苯(作者)
11楼
怎么总感觉大家好像歪楼了。。。。好吧。。我只是想借这东西科普一下电化学基础。。。结果成了银锌电池。。话说科普是不是应该发到茶话版
12楼
银锌是一个电极用Ag一个用Zn吗,泡在电解液里
2015-7-5 21:59:22
13楼
看到动手的就挺兴奋 ,

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