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Q:
什么是开路电压?开路电压是什么意思?
开路电压
(英文:
Open
Circuit Voltage
,缩写:
OCV
)是指
电池
在不充放电的状
态下
(断路状态)
,
电池两极
(正负极)
之间的电位差。
开路电压用
V
开表示,
即
V
开
=
Ф
+-
Ф
-
,
其中
Ф
+
、
Ф
-
分别为电池的正负极电极电位。
< br>电池的开路电压,一般均小于它的电动势。这是因为电池的两极在电解液溶液中所建
立的电极电位,
通常并非平衡电极电位,
而是稳定电极电位。
一般可近似认为电池的开路电
压就是电池的电动势。
开路电压仅是电池体系的一个特征参数,
不同的
电池体系其开路电压也是不同的,
如:
锌锰电池的开路电压一般
在
115
~
118V
< br>之间、
铅酸电池的开路电压一般在
2100
~
2125V
之间,
而镉镍
、
氢镍电池的开路电压一般在
1120
~
1125V
之间。
在实际中,
常遇到有关开路电压受
条件变化表现出的不同现象,特别是电压偏低或
波动,使人们对开路电压的理解产生偏离。
锌锰电池开路电压的影响因素
构成电
池的开路电压是电池正负两极之间的稳定电位之差,凡影响到两极稳定电位的
因素均影响
到开路电压。
电位的建立是两相间的界面行为,
凡影响两相间界
面状态的因素也
会影响电极的电位,
一般地说,
影响电位的因素主要有:
电极体系的本性,
电极材料的
本质、
电液组成、温度、电极的界面状态等。
MnO
2
正极电位的影响因素
MnO
2
正极的影响因素主要有:
p>
MnO
2
的种类、来源、晶型纯度、二氧化
锰中的氧含量、
电极制造工艺、正极导电材料(碳素类)的种类及其加入量、电液的组成
与浓度、
pH
值、
极添加剂、境温度等
。一般
MnO
2
正极电位在
017
~
110V
之间。
MnO
x
电
位与
x
值的关系(即与氧含量的关系),
x
值越小,
MnO
2
电位愈负。同一晶型在
不同
介质
中电位不同,
介质酸度越高,
电位越正;
反之,
电位就越负;
实际中性电池生产中,
正极或电液内加入
ZnO
或
M
gO
的主要作用是降低溶液的酸度,使
pH
值升高,达到降低正负
极电位,使电池的开路电压不超
标的
目的。
同一介质中,
不同的晶型结构其电位也不相同,
高活性晶型如
7-M
nO
2
给出更正的电位,
低活性晶型的
电位较前者就负一些。对于天然锰粉,其产地不同,构成
MnO
2
的本质不同,
纯度不同,所给出的开路电位是不同的。应当指
出,人们常说的高压锰、中压锰、低压锰是
用该锰粉在不同的放电阶段(高、、中低压段
)所持续的时间来划分的,这种划分方法主要
反映锰粉的活性与放电动力学特性,
而不是指该锰粉电位的高低,
电位高的并不一定是高压
锰,
电位低的并不一定是低压锰。
人们常遇到同一厂家
不同批次或不同厂家同种性质的锰粉
如电解锰,其电位也不尽相同,有的开路电位低,但
活性高,放分长,有的则电位高但活性
低,高压段放分短,这是上述现象的进一步体现。
MnO
2
的
放电行为与其放电活性(其实是表观活性)有关,就
MnO
2<
/p>
本身而言,主要与结
晶形态、
表面缺陷、
孔隙度、
分散度、
变价锰氧化物的含量
、
水含量
(特别是结合水的含量)
、<
/p>
形成条件等因素有关。
MnO
2
正极是一个复杂的电极体系。
对于各类锌锰电
池的正极,
除固体
NH
4
Cl
外,
其干基
材料主要由
MnO
2
和碳素材料组成,
在电解质的作用下,
都存在着氧化与还原的热力学趋势,
< br>碳素材料不仅影响着
MnO
2
的
表面状态,而且与
MnO
2
共同构成了
正极的多阴极体系,这个体
系的电位主要由
MnO
2
的电位来决定,但碳素材料的种类及其分散度要影响到正极的开路电
位,
一般地,
正极中加入
乙炔
黑要比纯加石墨的电位正一些,
这可能是因为乙炔黑比
石墨粉
具有更大的比表面,吸液量大,当乙炔黑对
MnO
2
粉包覆时,其自身吸收更多的电液使
MnO
2
表面被润湿的程度更高之故。
p>
在碱锰电池中加入适量乙炔黑,可提高正极开路电位约
10mV
p>
左右
(不同产地的锰粉提
高幅度不同),<
/p>
但乙炔黑的加入量不可过多,
以免引起正极吸液膨胀,
导致贮存时开路电压
下降过快。
碳素材料在正极中
所占的比例也会影响到正极的开路电位。
另外,
乙炔黑或糊式<
/p>
电池用的导电碳黑,
若
有机物
裂解不完全,
吸附或残留于其结构内,
会导致正极
电位的较大
波动,正极中加入乙炔黑比加入导电碳黑的电位也要正一些。
锌负极电位的影响因素
锌
负极电位的影响因素主要有:锌的表面状态特别是表面氧化度和清洁度、电液的组
成、浓
度及
pH
值、锌
合金
< br>种类、含量及合金化程度、负极缓蚀剂的种类、温度等。
锌的表面状态对其电位有较大影响。锌表面氧化度低,其电位较负,反之则电位就较
正
。
碱锰电池制锌膏时,
有密封抽真空工艺所生产出的电池,
p>
其开路电压较无此工艺所产电
池的开路电压略高
10mV
,其原因在于该工艺不仅消除了锌膏中的气泡(多为空气),使锌
膏密度均匀,
而且还防止了由空气中的氧引起锌的氧化导致的锌表面氧化
度的升高。
锌表面
的清洁度因所吸物质种类的不同,
对锌电位的影响不同。
一般地,
有机物或阳极型有
机缓蚀
剂使锌电位变正,
阴极型有机缓蚀剂使锌电位变负。
p>
无机物
特别是含有比锌电位正的杂质会
使锌
电位变正(汞除外,因汞既是阴极型缓蚀剂又能活化锌表面)。
电液对锌电位的影响因素主要有:电液的组成、浓度、
H
值等
。一般情况下,
pH
值升
高,锌电位变
负,
pH
值下降,锌电位变正;在中性电池中,锌电位随
ZnCl
2
浓度的升高(固
< br>定
NH
4
Cl
< br>浓度时)而变正,随
NH
4
Cl
浓度的升高(固定
ZnCl
2
浓度时)而变负,
NH
4
ClZnCl
2
4
溶液体系中
Zn
2+
/NH
+<
/p>
碱性介质中,锌电位随
KOH
浓度升高而
变负,反之则电位变正。
锌合金组分通常使锌电位变正(汞除
外)。例如,在酸性介质中,锌中分别加入
质量
分数为
2%
的铅或镉,通常使锌电位变正约
5
~
12mV
。
无论正极电位还是负极电位,温度的影响是:温度升高,正极电位变正,负极电位变
负;温度下降,正极电位变负,负极电位变正。对开路电而言,同一电池不同温度下测得的
结果不同,温度越高,开路电压越高,温度越低,开路电压就越低。
<
/p>
通常温度对开路电压和电位的影响是:温度升高,正极电位变正,负极电位变负,开
路电压升高;反之,正极电位变负,负极电位变正,开路电压下降。
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