在日常生活中,我們可能會(huì)將電池的正極和陽(yáng)極,陽(yáng)極和陰極混淆,但實(shí)際上他們的定義不同。物理學(xué)定義了正極和負(fù)極,電化學(xué)定義了陽(yáng)極和陰極。
什么是電池的正極和負(fù)極?
正極和負(fù)極是物理學(xué)的定義。在電池中, 正極(Postive)是指電壓相對(duì)較高的電極,負(fù)極(Negative)就是電壓相對(duì)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(fù)極材料。
值得注意的是,正負(fù)極的位置并不是固定不變的。在放電時(shí),電子從電池的負(fù)極流出,經(jīng)過(guò)外部電路后流入正極。在充電時(shí),電子從外部電源流入負(fù)極并從正極流出,此時(shí),電池的正極和負(fù)極的電位角色互換。原本在放電時(shí)作為正極的端點(diǎn)在充電時(shí)變?yōu)樨?fù)電位,而原本的負(fù)極則變成正電位。
什么是陽(yáng)極和陰極?
在電化學(xué)中,陽(yáng)極和陰極的定義與電流的方向有關(guān)。陽(yáng)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(shí),陽(yáng)極和陰極的角色會(huì)互換,即放電時(shí)的陽(yáng)極在充電時(shí)變成陰極,反之亦然。
但是在實(shí)際生活中,我們也習(xí)慣將負(fù)極認(rèn)為是陽(yáng)極,正極認(rèn)為是陰極,大家默認(rèn)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(fù)極使用什么材料?
當(dāng)下市場(chǎng)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(fù)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(shí)接收負(fù)極釋放的鋰離子。
負(fù)極材料:常見(jiàn)的是石墨,以及一些先進(jìn)的材料如硅或錫基合金。這些材料在電池放電時(shí)釋放鋰離子。
鉛酸電池
正極材料:二氧化鉛(PbO2),在放電過(guò)程中轉(zhuǎn)化為硫酸鉛(PbSO4)。
負(fù)極材料:純鉛(Pb),在放電過(guò)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(shí)能有效儲(chǔ)存和釋放氫離子。
負(fù)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(guò)程中釋放電子。