化学电池的利弊
【摘要】 随着社会经济的快速发展，化学电池在现代社会中的应用十分广泛，而且种类繁多，功能也各不相同。化学电池按工作性质可分为：一次电池（原电池）；二次电池（可充电电池）;铅酸蓄电池碱性氢氧燃料电池磷酸型燃料电池等等。这些电池的问世既给社会带来好的一面，同时也带来一些弊端，在生产生活中我们要正确对待它。毕竟，“化学电池是把双刃剑”。
【关键词】 化学电池 工作性质 正确对待 双刃剑
【引言】 化学电池是将化学能直接转变为电能的装置。它在人们日常生活中的应用范围极其广泛。现在我们对化学电池工作原理、种类以及它对环境、对人类健康污染源头的认识一定要到位。只有做到这些我们才能正确的使用好化学电池、才能从本质上对废电池做正确的处理,也只有做到这些、我们的处理方法才会更妥当、化学电池对我们的健康、对环境、才会更有利、才能为我们的生活带来福音。也只有这样，我们对它的处理才不会违背可持续发展、科学发展观、和谐发展的理念，化学电池才会有更好的发展前景。
一、化学电池的发展史简介
1799年，伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。伏特用这种方法成功的制成了世界上第一个电池伏特电堆。这个伏特电堆实际上就是串联的电池组。它成为早期电学实验，电报机的电力来源。
1836年，英国的丹尼尔对伏特电堆进行了改良。他使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，制造出第一个不极化，并能保持平衡电流的锌—铜电池，又称丹尼尔电池。此后，又陆续有去极化效果更好的本生电池和格罗夫电池等问世。但是，这些电池都存在电压随使用时间延长而下降的问题。
1860年，法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是，当电池使用一段使电压下降时，可以给它通以反向电流，使电池电压回升。因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为蓄电池。
二、化学电池的种类
化学电池按工作性质可分为：一次电池（原电池）；二次电池（可充电电池）;铅酸蓄电池。其中：一次电池可分为：糊式锌锰电池、纸板锌锰电池、碱性锌锰电池、扣式锌银电池、扣式锂锰电池、扣式锌锰电池、锌空气电池、一次锂锰电池等。二次电池可分为：镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、二次碱性锌锰电池等。铅酸蓄电池可分为：开口式铅酸蓄电池、全密闭铅酸蓄电池。
1.锌锰电池 [1]
锌二氧化锰电池（简称锌锰电池） 又称勒兰社（Leclanche）电池，是法国科学家勒兰社（Leclanche，1839-1882）于1868年发明的由锌（Zn）作负极，二氧化锰（MnO2）为正极，电解质溶液采用中性氯化铵（NH4Cl）、氯化锌（ZnCl2）的水溶液，面淀粉或浆层纸作隔离层制成的电池称锌锰电池，由于其电解质溶液通常制成凝胶状或被吸附在其它载体上而呈现不流动状态，故又称锌锰干电池。按使用隔离层区分为糊式和板式电池两种，板式又按电解质液不同分铵型和锌型电池纸板电池两种。干电池用锌制筒形外壳作负极，位于中央的顶盖上有铜帽的石墨棒作正极，在石墨棒的周围由内向外依次是A：二氧化锰粉末（黑色）用于吸收在正极上生成的氢气；B：用饱和氯化铵和氯化锌的淀粉糊作为电解质溶液。
2.碱性锌锰电池[2]
20世纪中期在锌锰电池基础上发展起来的，是锌锰电池的改进型。电池使用氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）的水溶液做电解质液，采用了与锌锰电池相反的负极结构，负极在内为膏状胶体，用铜钉做集流体，正极在外，活性物质和导电材料压成环状与电池外壳连接，正、负极用专用隔膜隔开制成的电池。
3.铅酸蓄电池[3]
1859年法国普兰特（Plante）发现，由正极板、负极板、电解液、隔板、容器等5个基本部分组成。用二氧化铅作正极活性物质，铅作负极活性物质，硫酸作电解液，微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板制成的电池。铅蓄电池可放电也可以充电，一般用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳；正极板上有一层棕褐色的二氧化铅，负极是海绵状的金属铅，正负电极之间用微孔橡胶或微孔塑料板隔开（以防止电极之间发生短路）；两极均浸入到硫酸溶液中。放电时为原电池，其电极反应如下:
负极：Pb + SO42－－ 2e = PbSO4
正极：PbO2 + 4H+ + SO42－ + 2e = PbSO4+ 2H2O
总反应式为：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
当放电进行时，硫酸溶液的的浓度将不断降低，当溶液的密度降到一定浓度时应停止使用进行充电，充电时为电解池，其电极反应如下：
阳极：PbSO4 + 2H2O－ -2e = PbO2 + 4H+ + SO42－
阴极：PbSO4 + 2e = Pb + SO42－
总反应式为：2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4
当溶液的密度升到一定浓度时，应停止充电。
4.锌银电池
一般用不锈钢制成小圆盒形，圆盒由正极壳和负极壳组成，形似纽扣（俗称纽扣电池）。盒内正极壳一端填充由氧化银和石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液。电极反应式如下：
负极：Zn + 2OH－ －2e= ZnO + H2O
正极：Ag2O + H2O + 2e = 2Ag + 2OH－
电池的总反应式为：Ag2O + Zn = 2Ag + ZnO
电池的电压一般为1.59V左右，使用寿命较长。
5.锂电池
锂电池是一类以金属锂或含锂物质作为负极材料的化学电源的总称通称锂电池，分为一次锂电池和二次锂电池。
6.锂离子电池
指能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极，锂的化合物作正极，混合电解液作电解质液制成的电池。锂离子电池是1990年有日本索尼公司研制出并首先实现产品化。国内外已商品化的锂离子电池正极是LiCoO2，负极是层状石墨。
7.海水电池
1991年，我国科学家首创以铝---空气---海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。其电极反应式如下：
负极：4Al – 12e = 4Al3+
正极：3O2 + 6H2O + 12e = 12OH－
总反应式为：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3
这种电池的能量比普通干电池高数十倍。
8.碱性氢氧燃料电池[5]
这种电池用30%-50%KOH为电解液，在100°C以下工作。燃料是氢气，氧化剂是氧气，电池反应为：
负极 2H2 + 4OH―4e = 4H2O
正极 O2 + 2H2O + 4e = 4OH－
总反应 2H2 + O2 = 2H2O
现在对碱性氢氧燃料电池的前景评价不一。否定者认为电池所用的电解质KOH很容易与来自燃料气或空气中的CO2反应，生成导电性能较差的碳酸盐。另外，虽然燃料电池所需的贵金属催化剂载量较低，但实际寿命有限。肯定者则认为该燃料电池的材料较便宜，若使用天然气作燃料时，它比已经商业化的磷酸型燃料电池的成本还要低。
三、废旧化学电池的危害
1.卫生填埋导致渗滤液污染[6]
填埋过程会产生大量的垃圾渗滤液，它是在垃圾堆放和填埋过程中有机质发酵分解和受降水的淋溶、冲刷，以及地表水和地下水的浸泡而滤出的，具有高色度、高有机质负荷、高致病性且成分复杂。废干电池中含有多种重金属，其中Hg、Cd、Pb被视为威胁人类健康的“三大危险金属”。汞及其化合物，特别汞盐和汞蒸气，具有极强的生物毒性，口服、触摸或者吸入后可导致脑和肝损伤。汞在人体上积累，很容易被表面皮肤吸收，日本水俣病则是汞中毒的反面例子；镉易在动植物体内富集，影响动植物的生长，具有很强的毒性，而人类作为食物链上层的生物，从食物中蓄积的镉可导致肝、肾的中毒和骨质疏松；铅可对人的胸、肾脏、心血管等器官和系统产生不良影响，大多数小儿多动症的患者在检测中血铅含量超标。
2.破坏水体及其土壤[7]
一粒纽扣电池可污染60万升水，几乎是一个人一生的饮水量; 而一节汞电池烂在地里，能够使1m2的土地失去农业利用价值。大部分废旧电池混入生活垃圾中，被遗弃后，电池慢慢腐烂，其外壳会慢慢腐蚀，而重金属物质溶出，会逐渐渗入水体和土壤，造成污染，最终将会逐级在生物中腹肌，然后通过各种渠道进入人类的食物链，对人类造成极大的危害。重金属污染的最大特点是它在自然界是不能利用任何物理、化学方式降解，只能通过环境净化作用，将重金属污染物稀释或消除。
3.焚烧产生二噁英[8]
化学电池随着生活垃圾的排出后集体焚烧，铅、铜等化学电池里包括的重金属离子会对Cl离子产生催化作用而生成二噁英。二噁英是迄今为止发现的最具致癌潜力的物质，被称为“世纪之毒”。人体过量摄入二噁英会引起胸腺萎缩、头痛、失聪等症状，并可能导致染色体损伤、心力衰竭等，甚至产生不可逆的“三致”效应：致畸、致癌和致突变。同样，二噁英也及其容易地积累在动物体内，特别容易存在于动物脂肪和乳汁内，威胁着人类的安全。
四、应对化学电池危害的对策
1. 出台或更新完善的、专门的法律法令
戴志群认为，在销售电池时,实行抵押金制度,或采用以旧换新制度,确保废旧电池的回收率;加大宣传力度,提高全民环境意识,树立废旧电池必须回收利用的观念;电池生产厂家也应在废旧电池回收利用方面做出应有的贡献,如交纳特殊行业污染税以承担一定的回收处理费用等。制定相关的政策法规,规定废旧电池必须回收,禁止将废旧电池随意丢入生活垃圾中;制定科学合理的电池生产包装标准,以简化废旧电池回收后的分类。
2.完善废旧电池回收体系
我国应尽快建立废旧电池的回收体系，包括从收集、运输、分类到最后可综合利用的综合利用,不可综合利用的进行处理。
3. 积极开发新型化学电源
奥地利维也纳科技大学的研究人员首次开发出由二硒化钨(WSe2)制作的二极管。实验显示，这种材料可被用于超薄柔性太阳电池。研究人员一直在探索找到一种能以超薄层迭的方式排列，但又具有更佳电子特性的材料，它必须类似于石墨烯，而且具有更好的电子特性。利用像二硒化钨等环保新型材料来制造化学电池，一方面可以减少对环境和人体的危害，另一方面可以缓解对电池的需求。
【结论】通过以上论述，我们对化学电池的认识更加深刻，我们知道了很多种类的化学电池以及它们的工作原理、它们的构造、各种化学电池的优点、缺点。所以要想让它们为我们的生产生活服务，我们就要必须抓住他们的优点，避免他们的缺点，正确地利用好化学电池、处理好废旧电池，只有这样，我们对电池的利用与处理才能有更好的效果。
参考文献
[1]张玲,陈磊磊.化学教学[J].上海.2010,(8).
[2]严宣申.普通无机化学（第二版）[M],北京,北京大学出版社.2000,134-138.
[3]于同双.蓄电池[J],沈阳.2008,(12).
[4]严宣申.普通无机化学[M],北京大学出版社.2000,97-104.
[5]天津大学化学教研室.无机化学(第三版)[M],北京,高等教育出版社.2002,201-211.
[6]杨一鸣.废干电池填埋处理的重金属浸出特征及健康风险评估[J].环境工程,2014,S1:826-830.
[7]马云梅.浅谈化学电池的危害与回收利用[J].陕西教育(高教版).2011,Z1:101-102.
[8] 张刚.城市固体废物焚烧过程二噁英与重金属排放特征及控制技术研究[D].华南理工大学.2013.
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/34f68dc8a48da0116c175f0e7cd184254b351bba.html
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