在日常生活中,我們可能會將電池的正極和陽極,陽極和陰極混淆,但實際上他們的定義不同。物理學定義了正極和負極,電化學定義了陽極和陰極。
什么是電池的正極和負極?
正極和負極是物理學的定義。在電池中, 正極(Postive)是指電壓相對較高的電極,負極(Negative)就是電壓相對較低的電極。例如iPhone電池中的鈷酸鋰(LiCoO2)電壓始終比石墨更高,所以LiCoO2為正極材料,而Graphite為負極材料。
值得注意的是,正負極的位置并不是固定不變的。在放電時,電子從電池的負極流出,經(jīng)過外部電路后流入正極。在充電時,電子從外部電源流入負極并從正極流出,此時,電池的正極和負極的電位角色互換。原本在放電時作為正極的端點在充電時變?yōu)樨撾娢唬镜呢摌O則變成正電位。
什么是陽極和陰極?
在電化學中,陽極和陰極的定義與電流的方向有關(guān)。陽極是發(fā)生氧化反應(yīng)的電極,是失去電子的電極,陰極是發(fā)生還原反應(yīng)的電極,是得到電子的電極。在電池充電時,陽極和陰極的角色會互換,即放電時的陽極在充電時變成陰極,反之亦然。
但是在實際生活中,我們也習慣將負極認為是陽極,正極認為是陰極,大家默認接受這種叫法,只要我們知道具體描述的是哪一種電極也就可以了。
電池的正極和負極使用什么材料?
當下市場中較為流行的電池主要是鋰離子電池、鎳-氫電池和鉛酸電池,它們使用的正負極材料各有不同。
鋰離子電池
鋰離子電池的正極材料通常使用含鋰的金屬氧化物,如鈷酸鋰(LiCoO2)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)、錳酸鋰(LiMn2O4)和鎳鈷錳三元材料(LiNiMnCoO2)。這些材料在電池放電時接收負極釋放的鋰離子。
負極材料:常見的是石墨,以及一些先進的材料如硅或錫基合金。這些材料在電池放電時釋放鋰離子。
鉛酸電池
正極材料:二氧化鉛(PbO2),在放電過程中轉(zhuǎn)化為硫酸鉛(PbSO4)。
負極材料:純鉛(Pb),在放電過程中同樣轉(zhuǎn)化為硫酸鉛(PbSO4)。
鎳-氫電池
正極材料:氫氧化鎳(Ni(OH)2),在放電時能有效儲存和釋放氫離子。
負極材料:金屬氫化物(如稀土金屬氫化物或鈦酸鋅),這些材料在放電過程中釋放電子。