電池

　　電化學的反應器。其中發生的電化學過程有兩種類型：一種是利用電來推動本來不能自發進行的化學反應發生，這就是電解過程，例如電解制鋁、電解食鹽水制氯和燒鹼等，此時電能轉化為化學能；另一種是上述的逆過程，即利用自發化學反應產生電，如乾電池的放電過程，此時化學能轉化為電能。無論是哪類電化學過程，都必須通過電池才能進行。當用於電解時，這種電池稱作電解電池；當用於放電時，則稱作自發電池。工業上把前者稱為電解槽，後者稱為化學電源。雖然兩者結構可以差別很大，但本質上是一樣的的，化學中統稱電池。為與狹義的日常所說的“電池”(即化學電源)相區別，也可把上述廣義的電池稱作電化學電池。

　　原理和結構　電池由兩個電極和電極之間的電解質構成（圖1）。

電池的電解質可以是電解質溶液（用水或非水作溶劑）、熔鹽或固體電解質，這些都是離子導體。電池的 電極應包括金屬部分和它附近的電解質部分（圖1b），但習慣上電極往往隻指它的金屬部分。金屬是電子導體，電解質是離子導體，前者不允許離子通過，而後者又不允許電子通過。因此當電流通過電池時，必須在電極的金屬｜電解質界面上發生電子和離子的交換。

　　圖2

所示是溴化鋅電解電池的方塊示意圖。電池是由兩塊多孔碳(電子導體)插在約1.2Μ 溴化鋅水溶液中構成。當外電源對電池加上一定的直流電壓時（左方為正），電流 I將從左方穿過電池流向右方。在電解質相中， Zn ²⁺從左向右遷移，與電流方向一致； Br ^-從右向左遷移，雖與電流方向相反，但也同樣對電流作出瞭貢獻。 Zn ²⁺和 Br ^-對總電流所作貢獻的百分數由它們的遷移數來確定。

　　左方電極因外電壓之作用，碳相中產生電子匱乏，Br^-達到碳｜溶液界面就把電子傳遞給碳而成為溴：

2Br^-─→Br₂(液)+2e

故左極發生瞭氧化反應，稱為陽極。右方電極碳因外電壓作用發生電子的過剩，Zn²⁺遷移到碳|溶液界面就與電子結合生成金屬鋅沉積物：

Zn²⁺+2e─→Zn

故右極發生瞭還原反應，稱為陰極。電池中的總反應為：

ZnBr₂─→Zn+Br₂

這樣在外電壓作用下，本來在水溶液中穩定的溴化鋅分別在兩個電極上以鋅和溴析出。通過實驗可知，所加外電壓必須大於1.8伏(25℃)，小於1.8伏時上述電解不可能發生。

　　如果在經過一段時間電解後，撤去外電壓，就可以測出上述電池本身的電勢仍維持在1.8伏左右。這是因為左方電極的多孔碳中保留著溴，右方保留著鋅，使電池左方電極實際上成為溴電極(C|Br₂|Br^-)，右方成為鋅電極(C|Zn|Zn²⁺)，兩者與電解液組成瞭自發電池。當用導線把它們與外負載相聯時便能對外作功，同時電池電勢下降，直至多孔碳中的溴和鋅耗盡為止。此時電池中發生的是圖2所示的逆過程，電池中電流方向從右至左，電池反應為 Zn+Br₂─→ZnBr₂。這就是鋅|溴蓄電池，它在充電時所需的最低電壓也就是放電時所能提供的最高電勢（約1.8伏），這就是C|Br|ZnBr₂|Zn電池的平衡電勢，或稱電動勢。顯然，電池電動勢E

應是左、右兩電極的平衡電勢 E 之差（不通電時）：

當電池通電時，電極電勢發生偏移，這就是電極的超電勢η或極化：

η＝E-E^p

　　同時電解液中也產生瞭歐姆電勢，即電位降IR。故整個電池的工作電勢E為：

電極的平衡電勢代表電極反應的傾向性，電極的超電勢代表電極反應的推動力，電極的電流代表電極反應的速率。

　　應用　電池的應用分為兩類；一類是用作化學電源，利用電池中化學能轉變成電能，幹電池、蓄電池和燃料電池是常用的三類化學電源；另一類是用作電解槽，此時是用電來推動化學反應進行，電解、電鍍、電冶金、電拋光和電化學加工屬於這類。