29、电池技术：原理、设计与性能指标详解

电池技术：原理、设计与性能指标详解

1. 能斯特方程

能斯特方程用于描述半电池反应，其表达式在相关公式（如式(4.9)）中给出。其中，“产物活度（aproducts）”和“反应物活度（areactants）”指的是各成分的活度。式(4.10)所示的近似式也可用于全电池的氧化/还原反应，它考虑了由于温度和反应物、产物浓度（以摩尔每升表示）偏离标准条件而产生的变化。

能斯特方程如下：
- $\Delta E = \Delta E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln \frac{[products]}{[reactants]}$
其中，$\Delta E$是计算得到的电压，$\Delta E^{\circ}$是净反应的可逆平衡电压（半电池反应的差值），$R$是气体常数（1.986卡/摄氏度/摩尔），$T$是绝对温度（25°C = 298 K），$n$是每摩尔的电子数，$F$是法拉第常数（23,06卡/伏特）。

以铜（Cu）和锌（Zn）的反应为例，锌氧化反应（式(4.4)）释放的电子用于铜还原反应（式(4.5)），净反应（式(4.6)）的$\Delta E^{\circ}$为 +1.100 V，这将导致负的$\Delta G$，因此该反应向右自发进行。在实际应用中，当存在像锌这样的活性金属时（前提是电解质中含有$Cu^{2 +}$离子），铜会析出。

表4.4展示了主要电池系统的理论电压、比能量和能量密度的代表性值，同时列出了两种燃料电池以供比较。

电池类型	理论比能量(Wh/kg)	理论容量(Ah/