光伏电池光伏电池的基本结构和工作原理

一个简单的伏打电池将一块锌板和一块铜板浸泡在稀释了水的硫酸溶液中制成。如图所示,如果铜板和锌板外接有电负载,则为电流开始从铜板流动到锌板通过负荷。这意味着有一些电位差在铜板和锌板之间展开。当电流从铜流向锌时,很明显,铜板带正电荷,锌板带负电荷。

伏打电池工作

伏打电池

光伏电池的工作原理根据这一原理,当两种不同的金属浸没在一种电解质溶液中时,较活泼的金属会倾向于以正金属离子的形式溶解在电解质中,将电子留在金属板上。这种现象使反应性较强的金属板带负电荷。

较不活泼的金属将吸引电解质中存在的正离子,因此这些正离子沉积在板上,使板带正电。在这个例子中很简单伏打电池在硫酸溶液中,锌以正离子的形式析出,然后与负离子SO发生反应4−−溶液中的离子形成硫酸锌(ZnSO4)。由于铜是活性较小的金属,硫酸溶液中的正氢离子有沉积在铜板上的趋势。更多的锌离子出现在溶液中意味着更多的电子留在锌板中。然后这些电子通过连接在锌板和铜板之间的外部导体。

到达铜板上,这些电子然后与沉积在铜板上的氢原子结合,形成中性氢原子。这些原子然后成对结合形成氢气分子,最后氢气沿着铜板以氢气气泡的形式浮上来。电池内部发生的化学反应如下:

然而,当锌与稀硫酸之间的接触电位达到0.62伏特时,这一动作停止。在一个伏打电池的运行过程中,锌后期是在一个较低的电势,与相邻的溶液膜,如下图所示。

伏打电池特性

同样,当铜板与电解液接触时,溶液中的正氢离子有沉积在铜板上的趋势,直到其电位上升到高于溶液的0.46 V。因此,电位差在伏打电池中产生的电压为0.62−(−0.46)= 1.08伏特。

在一个简单的伏打电池主要有两个缺点极化和地方行动。

伏打电池的极化

可以观察到,在这个电池中,电流逐渐减小,在它工作一段时间后,电流可能完全停止。电流的减少是由于在铜板上沉积了氢。虽然氢气以气泡的形式从电池中出来,但在平板表面仍形成了一层薄薄的氢气。这一层起到电气绝缘的作用,从而增加内部电阻的细胞。由于这个绝缘层,进一步的氢离子不能从铜板上获得电子,以离子的形式沉积下来。铜板上的这一层正氢离子对其他接近铜板的氢离子产生排斥力。因此电流就减小了。这种现象被称为极化。

伏打电池的局部作用

人们发现,即使伏打电池由于不提供任何电流,锌不断地溶解在电解液中。这是由于商业锌中的一些杂质,如铁和铅,会形成微小的局部电池,这些电池会被锌的主体短路。这些寄生细胞的作用无法控制,因此锌有一定的损耗。这种现象被称为局部行为。

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