电池发电的原理
干电池是一种化学电源，它是一种把化学能转变为电能的装置。因为这种化学电源装置其电解质是一种不能流动的糊状物，所以叫做干电池，这是相对于具有可流动电解质的电池说的。干电池不仅适用于手电筒、半导体收音机、收录机、照相机、电子钟、玩具等，而且也适用于国防、科研、电信、航海、航空、医学等国民经济中的各个领域。
2.种类
随着科学技术的发展，干电池已经发展成为一个大的家族，到目前为止已经约有100多种。常见的有普通锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、镁-锰干电池、锌-空气电池、锌-氧化汞电池、锌-氧化银电池、锂-锰电池等。
对于使用最多的锌-锰干电池来说，由于结构的不同又可分：糊式锌-锰干电也、纸板式锌-锰干电池、薄膜式锌-锰干电池、氯化锌锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、四极并联锌-锰干电池、迭层式锌-锰干电池等。
3.锌-锰干电池的结构与原理
干电池的一节叫做电池的一个单体。锌-锰干电池的一个单体是由如下部分组成的：锌筒、电解质层、炭包、炭棒、铜帽、封口剂、电池盖和商标、热塑套(或铁皮)等。
锌筒是电池的容器，又是电池的负极。它是一种溶解电极，在电池的放电过程中，锌被逐渐溶解掉。
电解质层在不同结构的电池中，用的材料也不一样。在糊式锌-锰干电池中，其电解质层是由浓缩的氯化铵水溶液、淀粉及少量氯化锌，微量的升汞等混合成的糊状物；在板式锌-锰干电池中，是用纸板层代替了糊式锌-锰干电池中的电糊层。纸板层比电糊层薄得多，所以同样体积的电池，纸板式干电池的炭包比电糊式干电池的炭包体积可以做的大些，干电池的放电容量也大些。纸板是由不含金属杂质的优质牛皮纸为基纸，涂上调好的电糊烘干而成的；在迭层式锌-锰干电池中，电解质层是一种隔膜纸，它是一种吸有电解液的表面有淀粉层的浆纸层。
炭包是由二氧化锰糊混合入导电材料石墨或乙炔黑而成的，它是干电池的正极。
炭棒位于炭包的中央，是炭包的集流体，在它的顶端装有铜帽，是电池的正极端。
封口剂对电池起密封作用，大部分电池是用沥青做封口剂的，也有用树脂或石腊做封口剂的，有了封口剂才能防止电池内部水份的蒸发及漏液。
电池盖多数由塑料制成，起保护作用。
干电池属于化学电源中的原电池，是一种一次性电池，它以二氧化锰为正极，以锌筒为负极，把化学能转变为电能供给外电路。在化学反应中由于锌比锰活泼，锌失去电子被氧化，锰得到电子被还原。
4.检验
干电池的检验按GB7112-94标准规定分交收检验和例行试验两种。
(1)交收检验：干电池的交收检验按GB2828-87《逐批检查计数抽样程序及抽样表》标准中，关于逐批检查一次抽样方案进行。采用一般检查水平I。交收检验的项目、程序、合格质量水平AQL值应符合表6—9—40的规定。
表6—9—40干电池的检验——交收检验
序号 类别 项目 GB7112-94 AQL值
1 外观 外观 3.6，6.1 1.5
2 尺寸 直径与总高 3.2 1.5
3 电性能 标称电压 3.1 1.5
4 短路电流 附录A 4.0
逐批检查发现外观、尺寸、标称电压或短路电流不合格时，必须使用加严检查。加严检查仍不合格，应对该批产品的不合格项目进行普查，剔除不合格品，然后再次提交验收。
(2)例行试验：干电池的例行试验，按GB2829-87《周期检查计数抽样程序及抽样表》标准中，关于周期检查的一次抽样方案进行。
新电池的防漏性能例行试验每旬进行一次，其他项目例行试验每月至少进行一次。样品必须在交收检验合格的批中随机抽取。
例行试验前，所有试验样品，应按交收检验项目进行全面检查。若发现不合格品，则以合格品替换，同时分析不合格原因，载入周期检查报告，但不做为周期检查结果的鉴定依据。
例行试验还包括电池最后贮存期电性能的检查，试验样品与新电池样品同时随机抽取。例行试验的尺寸、贮存电池的外观质量，耐漏性试验，其试验程序，判别水平JL，不合格质量水平RQL应符合表6—9—41的规定。电池的放电试验，取9节电池，其结果的平均值应符合GB7112-94标准的3.3条要求。如果平均值等于或高于规定值，而且只有一节电池放电时间低于规定值的60%，则为合格；如果平均值低于规定值或多于1节电池放电时间低于规定值的60%，则应用另外9节电池重复做放电试验，计算其平均值；如果重复试验的平均值等于或高于规定值，而且只有1节电池放电时间低于规定值的60%，则为合格；如果重复试验的平均值低于规定值或多于1节电池的放电时间低于规定值的60%，则为不合格，而且不允许再进行试验。
表6—9—41干电池的检验——例行试验
序号 项目 GB7112-94 JL RQL
1 尺寸(A.Φ除外) 3.2 Ⅲ 30AC=3Re=4
2 贮存电池外观质量 3.5 Ⅲ 30AC=3Re=4
3 耐漏性试验 3.4 Ⅲ 40AC=2Re=3
5.贮存
干电池是易腐蚀商品，在规定的贮存期中，电池不应发生正、负极锈蚀、气胀、鼓底、电液外溢等现象。电池在贮存和运输过程中，不得经受日晒、火烤、雨淋、水浸、高温和潮湿；搬运中应注意轻放，避免碰撞、重迭和压坏。贮存场所还应清洁、干燥、通风，温度不得超过35℃，相对湿度不应大于85%。
燃料电池的一般结构为:燃料（负极）|电解质（液态或固态）|氧化剂（正极）。在燃料电池中，负极常称为燃料电极或氢电极，正极常称为氧化剂电极、空气电极或氧电极。燃料有气态如氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物，液态如液氢、甲醇、高价碳氢化合物和液态金属，还有固态如碳等。按电化学强弱，燃料的活性排列次序为：肼>氢>醇>一氧化碳>烃>煤。燃料的化学结构越简单，建造燃料电池时可能出现的问题越少。氧化剂为纯氧、空气和卤素。电解质是离子导电而非电子导电的材料，液态电解质分为碱性和酸性电解液，固态电解质有质子交换膜和氧化锆隔膜等。在液体电解质中应用微孔膜，0.2mm～0.5mm厚。固体电解质为无孔膜，薄膜厚度约为20μm。
燃料电池的反应为氧化还原反应，电极的作用一方面是传递电子、形成电流；另一方面是在电极表面发生多相催化反应，反应不涉及电极材料本身，这一点与一般化学电池中电极材料参与化学反应很不相同，电极表面起催化剂表面的作用。
在氢氧燃料电池中，氢和氧在各自的电极反应。氧电极进行氧化反应，放出电子，氢电极进行还原反应，吸收电子，总反应为:
O2＋2H2→2H2O
反应结果是氢和氧发生电化学燃烧，生成水和产生电能。由热力学变量可得到以下理论电动势和理论热效率公式：
Eo=－(ΔG/2F)=1.23V
η=ΔG/ΔH=83.0％
式中，ΔG和ΔH分别为自由能变化和热焓变化，F是法第常数。
燃料电池工作的中心问题是燃料和氧化剂在电极过程中的反应活性问题。对于气体电极过程，必需采用多孔气体扩散电极和高效电催化剂，提高比表面，增加反应活性，提高电池比功率。
氢在负极氧化是氢原子离解为氢离子和电子的过程，若用有机化合物燃料，首先需要催化裂化或重整，生成富氢气体，必要时还要除去毒化催化剂的有害杂质。这些反应可在电池内部或外部进行，需附加辅助系统。正极中的氧化反应缓慢，燃料电池的活性主要依赖正极。随着温度升高，氧的还原反应有相当的改善。高温反应有利于提高燃料电池反应活性。
对于燃料电池发电系统，核心部件是燃料电池组，它由燃料电池单体堆集而成，单体电池的串联和并联选择，依据满足负载的输出电压和电流，并使总电阻最低，尽量减小电路短路的可能性。其余部件是燃料预处理装置、热量管理装置、电压变换调整装置和自动控制装置。通过燃料预处理，实现燃料的生成和提纯。燃料电池的运行或起动，有的需要加热，工作时放出相当的热量，由热量管理装置合理地加热或除热。燃料电池工作时，在碱性电解液负极或酸性电解液正极处生成水。为了保证电解液浓度稳定，生成的水要及时排除。高温燃料电池生成水会汽化，容易排除，水量管理装置将实现合理的排水。燃料电池与化学电池一样，输出直流电压，通过电压变换成为交流电送到用户或电网。燃料电池发电系统通过自控装置使各个部件协调工作，进行统一控制和管理。
参考资料：http://info.energy.hc360.com/2006/03/***********.shtml
