十二、新型化学电源

新型化学电源题的类型及解题策略
新型化学电源是一种新型的可再生能源，由化学反应发出电能而被广泛使用。

它是一类“非传统”电源，可以应用于汽车、航空、领航、家庭用电、工业及医疗等领域。

这种电源的特点是能量密度高、安全可靠、环保无污染，它在汽车行业中引起了一种“新的激情”。

解决新型化学电源的关键是如何获得足够的电能。

首先，学者们需要搜索能产
生足够电能的化学原料，然后设计能将有用的电能放出的化学反应，最后发展电解质技术。

再者，为了使新型化学电源更具实用价值，研究者们应通过改变容积大小、材料结构及电解质种类等方式，从结构、组成、结构和化学缓冲等方面来提高电解质的能量密度和性能。

当化学电源技术达到要求后，还需要进行大量的试验，以确认它的可靠性。

新型化学电源的发展是一个复杂的过程，需要综合考虑许多因素。

只有经过了
大量的实验和分析，研究者们才能搞清楚由于以上复杂原因而产生的缺陷，从而改进新型化学电源的结构及性能，最终为汽车行业及其他环境带来可持续发展的能源。

新型高效化学电源素养说明：高考中的新型化学电源，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量（单位质量释放的能量）高等特点。

由于该类试题题材广、信息新、生疏度大，因此很多考生感觉难度大。

但应用的解题原理仍旧还是原电池的基础学问，只要细心分析，事实上得分相对比较简单。

1.新型燃料电池（Fuel Cell）燃料电池是利用氢气、碳、甲醇、硼氢化物、自然气等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能干脆转化成电能的一类原电池。

其特点是：（1）有两个相同的多孔电极，同时电极不参加反应（掺杂适当的催化剂）。

（2）不须要将还原剂和氧化剂全部贮存在电池内。

（3）能量转换率较高，超过80%（一般燃烧能量转换率30%多）。

【解题模板】2.可充电电池对于一般的电池而言，充电电池具有肯定的可逆性，在放电时，它是原电池装置；在充电时，它是电解过程，是一种经济、环保、电量足、适合大功率、长时间运用的电器。

【模型示例】镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。

有一种镁二次电池的反应为x Mg＋Mo3S4Mg x Mo3S4。

下列说法错误的是（）A.放电时Mg2＋向正极移动B.放电时正极的电极反应式为Mo3S4＋2x e－===Mo3S2x－4C.放电时Mo3S4发生氧化反应D.充电时阴极的电极反应为x Mg2＋＋2x e－===x Mg【解题模板】答案 C[题型专练]1.（2024·课标全国Ⅲ，11）锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH 溶液，反应为2Zn ＋O 2＋4OH －＋2H 2O===2Zn （OH ）2－4。

下列说法正确的是（ ）A.充电时，电解质溶液中K ＋向阳极移动B.充电时，电解质溶液中c （OH －）渐渐减小C.放电时，负极反应为：Zn ＋4OH －－2e －===Zn （OH ）2－4D.放电时，电路中通过2 mol 电子，消耗氧气22.4 L （标准状况）解析 A 项，充电时，电解质溶液中K ＋向阴极移动，错误；B 项，充电时，总反应方程式为2Zn （OH ）2－4=====电解2Zn ＋O 2↑＋4OH －＋2H 2O ，所以电解质溶液中c （OH －）渐渐增大，错误；C 项，在碱性环境中负极Zn 失电子生成的Zn 2＋将与OH ―结合生成Zn （OH ）2－4，正确；D 项，O 2～4e －，故电路中通过2 mol 电子，消耗氧气0.5 mol ，在标准状况时体积为11.2 L ，错误。

化学电源技术的发展和应用前景随着科技的不断迭代，电池作为常用的能量储存装置也逐渐向着更加高效和可持续的方向发展。

化学电源技术作为电池技术的一个重要分支，在保持电池基本功能和性能的同时，不断拓展其使用范围，建立起更为广泛的应用前景。

一、化学电源技术的发展历程1、传统化学电源传统化学电源采用的是单个电池，由正极、负极和电解液组成，主要用于电话、电动玩具、遥控车、门铃及闪光灯等小功率、小容量电子产品上。

通过电极的反应，将化学能转化成电能，达到应用的目的。

然而，传统化学电源存在一些不可避免的缺陷，例如电池的寿命短、重量大、充电时间长、充电效率低等，限制了其在大容量储能设备领域的应用。

2、新型化学电源为了克服传统化学电源的缺陷，新型化学电源应运而生，具有快速充电、长寿命、轻量化和高效率等优势。

这些新型化学电源主要分为以下几种类型：锂离子电池：由于具有高能量密度、轻量化、长寿命和无污染等优点，锂离子电池已经广泛应用在手机、笔记本电脑、电动车、无人机、家庭能量储存系统等领域。

超级电容器：超级电容器由电化学双层电容器、亚电容器和面向特定应用设备的混合杂化电容器组成。

这种新型化学电源具有高能量、高功率密度、长寿命、快速充放电和封闭可靠性好等优点，成为车载系统、医疗器械和电子设备等领域的能源系统之一。

固态电池：固态电池采用了含有稳定电解质的材料，使电解液可以更加牢固地固定在粉末结构中，从而避免了电池发生泄漏甚至剧烈爆炸的危险。

同时，固态电池具有高能量密度、快速充放电和长寿命等优点，被广泛应用在电动车、智能手表、智能手机、头戴显示器等领域。

3、未来化学电源未来的化学电源将更加注重环保、能效和安全等方面的改进，以期在更广泛的应用领域中发挥更大的作用。

未来化学电源的发展方向如下：能量极化材料：在新型化学电源中，能量极化材料是关键中的关键。

未来，将会有更多的研究投入到这种新材料的研制和应用中，以实现更高的能量密度和更稳定的性能。

高考常考题型：新型化学电源类型(一)燃料电池燃料电池是利用氢气、甲烷、甲醇、硼氢化物等为燃料与氧气或空气进行反应，将化学能直接转化为电能的一类原电池。

其特点一是有两个相同的多孔电极，同时两个电极不参与电极反应；二是不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内；三是能量的转化率高，燃料电池具有高能环保、电压稳定、经久耐用等优点。

因此，这类电池正成为科学研究、高考命题的重点。

其主要命题角度有燃料电池正负极的判断，电池反应式的书写，电子、离子的移动及电解质溶液的组成变化情况分析等。

1．新型燃料电池(Fuel Cell)的特点(1)有两个相同的多孔电极，同时电极不参与反应(掺杂适当的催化剂)。

(2)不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内。

(3)能量转换率较高，超过80%(普通燃烧能量转换率30%多)。

2．燃料电池电极反应式的书写第一步：写出燃料电池反应的总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。

如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②①式＋②式得燃料电池总反应式为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。

第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－。

(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3。

第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。

第4课时 核心价值——新型化学电源及分析(学科育人价值)高考试题中新型化学电源的种类繁多，如“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”“新型Zn-CO 2水介质电池”等，这些新型化学电源常以选择题形式呈现，侧重考查原电池的工作原理(放电)和电解原理(充电)，涉及电极的判断、电极反应式、电解质溶液中离子的移动等，体现《中国高考评价体系》中对“学习掌握”“实践探索”等学科素养的要求，依据物质及其变化的信息建构原电池模型和电解池模型，建立解决复杂化学问题的思维框架，渗透化学学科育人价值。

新型化学电源试题取材新颖，大多与最新科研成果相联系，体现化学、技术、社会和环境之间的相互关系，赞赏化学对社会发展的重大贡献，彰显化学学科的社会价值。

1．分析新型化学电源中正、负极材料新型化学电池⎩⎪⎨⎪⎧负极材料⎩⎪⎨⎪⎧元素化合价升高的物质发生氧化反应的物质正极材料⎩⎪⎨⎪⎧元素化合价降低的物质发生还原反应的物质2．根据化学电源装置书写电极和电池反应式(1)先分析题目给定的图示位置，确定原电池正、负极上的反应物质。

(2)电极反应式的书写①负极：一般为活泼金属失去电子生成阳离子，也可以是H 2、CH 4等；若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应。

如铅蓄电池，负极反应为Pb ＋SO 2－4 －2e －===PbSO 4。

②正极：阳离子得到电子或O 2得到电子，若反应物是O 2，则有以下规律：电解质溶液呈碱性或中性：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －；电解质溶液呈酸性：O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O 。

(3)正、负电极反应相加得电池总反应3．结合电池总反应式，书写电极反应式(1)逐步分析法(类似于氧化还原反应方程式的书写)(2)易写电极反应式突破法根据总反应方程式和电解质特点，写出较易写的电极反应式，然后用总反应方程式减去该电池反应式可得另一极的电极反应式。