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电池与储能的未来
选择性必修一 第四章 第一节 原电池
2024
2019人教版高中化学 高二 选择性必修一
第四章 第一节 原电池 第1课时 新授课
目 录
CATALOG
01
情境引入
构建原电池的三种模型
a 单液原电池 b 双液原电池 c 隔膜原电池
原电池的未来发展方向
课堂小结
02
03
04
电动汽车产业发展的瓶颈和储能的未来
氢氧燃料电池
创设情境—— 储能的未来在于电池技术的发展
问题一 如何储存风能、太阳能等可再生能源的能量？
风能 动能 机械能 电能 蓄电池
光能 电能 蓄电池
回顾旧知 构成原电池的必要条件
条件1:有自发氧化还原反应
条件3:电极必插入电解质溶液中
条件4:两极相连形成闭合回路
条件2：有两种活泼性不同的金属（或金属与非金属）作电极.活泼为负，不活泼为正
两极一液一回路一反应
问题二 单液原电池的工作原理是什么？
e-
Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+
电极反应
负极：Zn - 2e- = Zn2+
正极：Cu2+ + 2e- = Cu
总反应
原电池的工作原理：
外电路：Zn失去e-，e-通过导线聚集在Cu片表面，溶液中Cu2+在Cu片表面得电子被还原；
内电路：电解质溶液中Cu2+和SO42-分别向正极和负极移动形成电流。
理想状态下，锌片表面会有实验现象吗？
学生活动 实验一
锌片、铜片、硫酸铜溶液、电流表、原电池槽。
1、请组装出一个原电池装置；
2、观察锌片的变化；
3、观察并记录数字电流表读数的变化。
实验仪器和药品：
实验内容：
观察锌片表面实验现象，并注意电流表读数的变化
学生活动 小组讨论
实验现象：
原因分析：
①锌片表面变红
②电流表开始读数很大，很快读数变小
①锌片与CuSO4溶液接触发生了置换反应
②部分化学能转化为了热能
如何设计实验证明化学能转化为了热能？
利用温度传感器测量电解质溶液温度的变化
教师活动 数字实验探究
实
验
现
象
①温度传感器数值增大
②电流传感器开始数值很大，很快出现衰减，且电流数值不稳定。
电流传感器
温度传感器
学生活动 深入思考
（1）该原电池在工作中有何缺点？
锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，化学能转化为电能效率低(部分化学能直接转化为热能),不能持续产生电流。
（2）如何对装置进行改进？
还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn
Cu
？
A
学生活动 深入思考
会有电流吗？
两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。
盐桥
一种凝胶态的离子导体
解决方案
①沟通内电路，形成闭合回路
②提供离子，保持两溶液电中性
③避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久
盐桥的作用
问题三 怎样解决单液原电池电流不稳定的问题？
二、双液-盐桥原电池及原理
（1）盐桥：装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的琼胶(离子只出不进)。
（3）原理：一个原电池由两个半电池组成，一个发生氧化反应，一个 发生还原反应，两个半电池用盐桥连接。
负极半电池
正极半电池
（2）装置图：
教师活动 实验探究
实
验
现
象
①温度传感器数值温度
②电流传感器数值稳定，但电流数值较小
③锌片表面几乎无变化
电流稳定
转化效率高
电流较小
数字传感器探究双液原电池的电流大小及稳定性以及溶液温度变化
问题四 双液原电池的优缺点是什么？
2、提高了能量转化率（化学能→电能）；
3、有效避免了电极材料与电解质溶液直接反应,增加了原电池的使用寿命。
1、能够产生持续稳定的电流；
优点：
电流太小
缺点：
根据 思考双液原电池电流太小的原因？
思考：
引入盐桥后内阻变大（离子运动距离长，通道窄，离子容量小）
I =
U
R
问题五 如何增大双液原电池的电流？
改进
增大电流呢？
缩短盐桥的长度
增大盐桥的横截面积
用膜来代替盐桥
R=
ρL
S
学生实验 构建隔膜电池模型
实验仪器和药品：
两块玻璃片、铜片、锌片、隔膜纸、滤纸、CuSO4溶液、ZnSO4溶液
问题六 隔膜原电池的工作原理？
三、隔膜原电池及原理
（1）隔膜：将电池的正负极材料隔开，防止两极接触发生短路（不同的膜形成不同的离子通道）。
（2）装置图：
Cu
Zn
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
交换膜
高中常见的三种离子交换膜
阳离子交换膜：只允许阳离子通过
质子交换膜：只允许H＋通过
阴离子交换膜：只允许阴离子通过
问题七 未来原电池的发展趋势
北京冬奥会的运输主力
分析氢氧燃料电池工作原理示意图
A
H2
O2
Pt
Pt
质子交换膜
电解质溶液（？）
归纳总结
单液原电池
双液原电池
隔膜原电池
隔膜原电池微型化
1.两极
2.电解质溶液
3.导线
4.自发进行的氧化还原反应
电池四要素
—离子导体
—电子导体
课后作业
查阅资料：循着科学家的足迹了解科学家是如何克服锂离子电池在低温条件下无法工作的难题，而制作出全季候电池供给电动车使用的。

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