理士蓄电池北极星太阳能光伏网讯:俄亥俄州立大学的研究人员开发出了号称是“世界上第一块可再充电的太阳能电池”，解决了目前太阳能收
集和存储过程中存在的问题，尤其是能量流失问题。据悉，电能在转移过程中的流失率高达20%。新型可再充电太阳能电池是一种集
太阳能发电板与电池组件于一体的设备，这个设备不仅效率高，而且成本低。
除了电能流失严重，成本高也是阻碍当前太阳能电池在普通社区中发展的“拦路虎”。在电网覆盖范围以内的地区，靠太阳能发电
的家庭可以把多余的电能卖给国家电网，在太阳能发电不足的时候，这些家庭还可以使用电网电能；而离网地区的居民有时则不得
不购买价格昂贵的电池。此外，电网中的电能通常都是火力发电，火力发电会对环境产生严重污染，很多环保意识强的人更倾向于
使用可再生能源。
俄亥俄州立大学研发的可再充电太阳能电池利用太阳光产生电子，但它与普通的太阳能电池板有很大的不同。这种太阳能发电板是
由一张表面覆有二氧化钛条的钛网做成，网上的小孔可以使空气在电池内部循环，这对于整个充电过程来说非常重要。普通的太阳
能电池有四个电极，而可再充电太阳能电池只有3个电极：钛网，一层多孔碳薄层和锂片，三个电极中间还含有电解质层。
理士蓄电池工作原理如下：二氧化钛条吸收太阳光，当太阳光照射到网状太阳能板上时，太阳能板就会产生电子。在电池内部，电子在把过氧
化锂分解成锂离子和氧气的过程中产生能量，氧气通过网状的太阳能板释放出去，锂离子则作为未来能源被储存在了电池内。由于
太阳能发电板和电池都统一在了一起，因此能量损失被降到了低。
研究人员称，他们研发的这种新型太阳能电池可以使太阳能电池生产成本降低25%，且使用寿命不打折。尽管现在这种太阳能电池并
未完全开发和普及，但研究小组对它很有信心。
重难点一 原电池正负极判断的方法
1．由组成原电池的两极材料判断
较活泼的金属为负极,较不活泼的金属或能导电的非金属为正极.
2．根据电流方向或电子流向判断
外电路中,电流由正极流向负极,电子由负极流向正极.
3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断
在原电池电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极.
4．根据原电池中两极发生的反应判断
原电池中,负极总是发生氧化反应,正极总是发生还原反应.若给出一个总方程式,则可根据化合价升降来判断.
5．根据电极质量的变化判断
原电池工作后,某一电极质量增加,说明溶液中的阳离子在该电极上放电,该极为正极,活泼性较弱；反之,如果某一电极质量减轻
,则该电极溶解,为负极,活泼性较强.
6．根据电极上有气泡产生判断
原电池工作后,如果某一电极上有气体产生,通常是因为该电极发生了析出H2的反应,说明该电极为正极,活泼性较弱.
7．根据某电极(X)附近pH的变化判断
析氢或吸氧的电极反应发生后,均能使该电极附近电解质溶液的pH增大,因而原电池工作后,X极附近的pH增大了,说明X极为正极,
金属活动性较强.
特别提醒 应用此要点,须注意：
原电池的电极类型不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关.如镁—铝电极在稀硫酸中构成原电池,镁为负极,铝为正极,
但若以氢氧化钠为电解质溶液,则铝为负极,镁为正极.
重难点二 电极反应式的书写方法
书写电极反应式时,按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,首先正确判断出电极反应产物,然后结合反应物及转移电子数量
写出反应式,再结合质量守恒、电荷守恒配平各电极反应式.两电极反应式相加则得总反应式.结合具体的情况,我们可以概括为以下
两种情况：(1)根据两个电极反应式,写出总反应式.使两个电极反应式得失电子数相等后,将两式相加,消去相同的化学式.(2)根据总
反应式,写电极反应式一般分四个步骤：列物质,标得失,选离子,配电荷,配个数,巧用水,两式加,验总式.
重难点三 原电池原理的应用
1．依据原电池原理比较金属活动性强弱
(1)电子由负极流向正极,由活泼金属流向不活泼金属,而电流方向是由正极流向负极,二者是相反的.
(2)在原电池中,活泼金属作负极,发生氧化反应；不活泼金属作正极,发生还原反应.
(3)原电池的正极通常具备特定的现象：有气体生成,或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解,质量减少.
2．根据原电池原理,把各种氧化还原反应设计成电池
从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应,都可以设计成原电池.关键是选择合适的电解质溶液和两个电极.
(1)电解质溶液的选择
电解质是使负极放电的物质.因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应.或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(
如空气中的氧气).但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的
阳离子.如,在铜—锌—硫酸构成的原电池中,负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中,而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中.
(2)电极材料的选择
在原电池中,选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极.并且,原电池的电极必须导电.电池中的负极必须能
够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等).正极和负极
之间
产生的电势差是电子(阴、阳离子)移动的动力.
由Gyeong Man Choi教授和博士生Kun Joong Kim开发的这种固体氧化物燃料电池（SOFC），据说是首款采用了多孔不锈钢和电解质
薄膜的设计（铸造叠层烧结技术）。由于电极热容量很低，这种混搭不仅提升了性能，还拥有更长的耐久性。
团队还将目光瞄向了此前的SOFC，考虑用硅元素和平版印刷蚀刻来改善快速降解和低耐久性（经历热膨胀后会出现电解质“对
齐”的问题）。
研究人员称，不锈钢的使用，克服了困扰SOFC的大问题——长时间高温工作导致的启动时间过长、以及机械和化学兼容性方
面的问题。
在第三代燃料电池中，其采用了不会遇到腐蚀损耗问题的简单结构，550℃（1022℉）下的峰值能量密度为560mW/cm³，并且能
够在快速热循环中保持这一成绩。
在功率密度和可靠性得到保证之后，团队表示该燃料电池有望为一系列电子设备提供替代能源，比如智能手机和笔记本电脑上
的锂离子电池。
考虑到每个电芯只有78m㎡大小，其快速打开和关闭时间会与锂离子电池相似，但能量密度却是后者的数倍。如果智能机用上了
这种电池，那它将只需一周充电一次。
浦项工科大学的这种固体氧化物燃料电池，是通过氢转换来产生电力的。97的“湿”氢气和3%的氧气混合物被作为燃料，送到
了阳极来发电。
固体氧化物材料扮演了电解质的角色，让负氧离子从阴极传导至阳极。离子穿过固体电解质，氧化了燃料，反应产生的电子经
外部电路提供能源。
尽管这一燃料电池仍处于原型阶段，但研究人员会朝着更大更便宜（但功率密度也更高）的方向去继续努力。
