為什麼乾電池在大電流放電時,電動勢會明顯下降?

王起藥


乾電池是化學電池的一種,存在一定的內阻

使用液態電解液來產生直流電的電池為溼電池,而乾電池則由糊狀電解液來產生直流電。乾電池的應用非常廣泛,遙控器、玩具車、鬧鐘、計算器、收音機等等的電器都會用到。乾電池的技術已經發展好多年了,比能量、循環壽命、高低溫適應性等問題已經得到很大的突破。乾電池主要有碳性乾電池和鹼性乾電池兩類。一節乾電池的電壓為1.5V。

碳性乾電池和鹼性乾電池有什麼不同?

碳性乾電池就是普通的鋅錳乾電池,它用錳(Mn)、石墨棒作為正極材料,用鋅(Zn)片作為負極的材料,NH4Cl、ZnCl2及澱粉糊狀物作為電解質,碳性乾電池最為常見,價格也很低,但容量也相對較低。

鹼性鋅錳乾電池的正極材料需要改用鋼筒,Mn層需要緊靠鋼筒,還需要用高導電的糊狀KOH代替NH4Cl。

碳性乾電池內阻相對較大,電動勢下降較快;而鹼性乾電池內阻較小,電動勢相對穩定。

什麼是乾電池內阻?

乾電池內阻我們可以理解為:當電池工作時,電流流過電池內部所受到的阻力。乾電池內阻又為分歐姆內阻和極化內阻,而極化內阻又包括了電化學極化內阻和濃差極化內阻。

歐姆內阻包括了電極材料、電解液、隔膜電阻還有各部分零件的接觸電阻,它跟電池的尺寸、結構、裝配等都有關係。

當有電流通過電池的電極時,電極電勢會偏離平衡電極電勢,這種現象我們稱之為電極的極化,電池的正極和負極在進行電化學反應時極化所產生的內阻,我們稱之為極化電阻。

電池的內阻並不是固定的哦,因為電池內部的活性物質,電解液的濃度和溫度都在不斷的變化,乾電池的歐姆內阻同樣需要遵守歐姆定律,而極化內阻會隨著電流密度增加而增大,但並不是線性的關係,它會隨著電流密度的對數增大而線性增加。

內阻小的乾電池比內阻大的乾電池放電能力強,所以鹼性的乾電池比碳性乾電池性以強很多。

大電流時電動勢為什麼會下降?

  • 在電池容量正常,電流輸出正常時,乾電池的輸出電壓維持在1.5V,根歐姆定律(I=U/R),放電電流越大,內阻就會越小,以提供足夠電流輸出。
  • 當電流大於乾電池能量輸出的能力時,乾電池已經不能繼續減少內阻來提供更多電流了,內阻壓降較大,所以對外輸出的電動勢就變低了。
  • 乾電池隨著電量的變少,它的內阻就會增大,提供電流的能力就越弱,電池內部的壓降就會越大,對外輸出的電動勢就越容易被拉低了。

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這是因為乾電池內部有電阻。 由於乾電池和用電器形成一個串聯電路,在串聯電路中電壓按電阻分配,電阻越大,電壓越高。當乾電池有大電流輸出時,說明用電器的電阻很小,所以加在用電器兩端的電壓就低。

很多農村電網也會出現這樣的問題。當使用大功率電器時,房間的燈會突然暗下來。這是因為輸電線路和變壓器有電阻,而家裡的用電器和輸電線路、變壓器形成了串聯迴路。大功率電器的電阻低,所以分配的電壓就低。

電路和和水路相似,這和家裡淋浴用的花灑調水量的原理一樣。當花灑把水量調大時,水的阻力就小,水壓也小;當花灑把水量調小時,水的阻力就大,水壓也大。


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