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將化學能轉變成電能的裝置。所以,根據定義,普通的乾電池、燃料電池都可以稱為原電池。組成原電池的基本條件是:將兩種活潑性不同的金屬(或石墨)用導線連接后插入電解質溶液中。電流的產生是由於氧化反應和還原反應分別在兩個電極上進行的結果。原電池中,較活潑的金屬做負極,較不活潑的金屬做正極。負極本身易失電子發生氧化反應,電子沿導線流向正極,正極上一般為電解質溶液中的陽離子得電子發生還原反應。在原電池中,外電路為電子導電,電解質溶液中為離子導電。
  原電池primarybattery一種將活性物質中化學能通過氧化還原反應直接轉換成電能輸出的裝置。又稱化學電池。由於各種型號的原電池氧化還原反應的可逆性很差,放完電后,不能重複使用,故又稱一次電池。它通常由正電極、負電極、電解質、隔離物和殼體構成,可製成各種形狀和不同尺寸,使用方便。廣泛用於工農業、國防工業和通信、照明、醫療等部門,並成為日常生活中收音機、錄音機、照相機、計算器、電子錶、玩具、助聽器等常用電器的電源。原電池一般按負極活性物質(如鋅、鎘、鎂、鋰等)和正極活性物質(如錳、汞、二氧化硫、氟化碳等)分為鋅錳電池、鋅空氣電池、鋅銀電池、鋅汞電池、鎂錳電池、鋰氟化碳電池、鋰二氧化硫電池等。鋅錳電池產量最大,常按電解質分為氯化銨型和氯化鋅型,並按其隔離層分為糊式電池和低極電池。以氫氧化鉀為電解質的鋅錳電池,由於其負極(鋅)的構造與其他鋅錳電池不同而習慣上另作一類,稱為鹼性鋅錳電池,簡稱鹼錳電池,俗稱鹼性電池。
  原電池是一類使化學能直接轉換成電能的換能裝置。原電池連續放電或間歇放電后不能以反向電流充電的方法使兩電極的活性物質回復到初始狀態,即電極活性物質只能利用一次。故亦稱一次性電池。
  常用原電池有鋅-錳乾電池、鋅-汞電池、鋅-銀扣式電池及鋰電池等。
  1鋅-錳乾電池:鋅-錳電池具有原材料來源豐富、工藝簡單,價格便宜、使用方便等優點,成為人們使用最多、最廣泛的電池品種。鋅-錳電池以鋅為負極,以二氧化錳為正極。按照基本結構,鋅-錳電池可製成圓筒形、扣式和扁形,扁形電池不能單個使用,可組合疊層電池(組)。按照所用電解液的差別將鋅-錳電池分為三個類型:
  (1)銨型鋅-錳電池:電解質以氯化銨為主,含少量氯化鋅。
  電池符號:(-)Zn│NH4Cl·ZnCl2│MnO2(+)
  總電池反應:Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)
  (2)鋅型鋅-錳電池:又稱高功率鋅-錳電池,電解質為氯化鋅,具有防漏性能好,能大功率放電及能量密度較高等優點,是鋅-錳電池的第二代產品,20世紀70年代初首先由德國推出。與銨型電池相比鋅型電池長時間放電不產生水,因此電池不易漏液。
  電池符號:(-)Zn│ZnCl2│MnO2(+)
  總電池反應(長時間放電):
  Zn+2Zn(OH)Cl+6MnO(OH)=ZnCl2·2ZnO·4H2O+2Mn3O4
  (3)鹼性鋅-錳電池:這是鋅-錳電池的第三代產品,具有大功率放電性能好、能量密度高和低溫性能好等優點。
  電池符號:(-)Zn│KOH│MnO2(+)
  總電池反應:Zn+2H2O+2MnO2=2MnO(OH)+Zn(OH)2
  鋅-錳電池額定開路電壓為1.5V,實際開路電壓1.5-1.8V,其工作電壓與放電負荷有關,負荷越重或放電電阻越小,閉路電壓越低。用於手電筒照明時,典型終止電壓為0.9V,某些收音機允許電壓降至0.75V。
  2.鋰原電池:又稱鋰電池,是以金屬鋰為負極的電池總稱。鋰的電極電勢最負相對分子質量最小,導電性良好,可製成一系列貯存壽命長,工作溫度範圍寬的高能電池。根據電解液和正極物質的物理狀態,鋰電池有三種不同的類型,即:固體正極—有機電解質電池、液體正極—液體電解質電池、固體正極—固體電解質電池。Li—(CF)n的開路電壓為3.3V,比能量為480W·h·L-1,工作溫度在-55~70℃間,在20℃下可貯存10年之久!它們都是近年來研製的新產品,目前主要用于軍事、空間技術等特殊領域,在心臟起搏器等微、小功率場合也有應用。
  吸氧腐蝕金屬在酸性很弱或中性溶液里,空氣里的氧氣溶解於金屬表面水膜中而發生的電化腐蝕,叫吸氧腐蝕.
  例如鋼鐵在接近中性的潮濕的空氣中腐蝕屬於吸氧腐蝕,其電極反應如下:
  負極(Fe):Fe-2e=Fe2+
  正極(C):2H2O+O2+4e=4OH-
  鋼鐵等金屬的電化腐蝕主要是吸氧腐蝕.
  在酸性較強的溶液中發生電化腐蝕時放出氫氣,這種腐蝕叫做析氫腐蝕。在鋼鐵製品中一般都含有碳。在潮濕空氣中,鋼鐵表面會吸附水汽而形成一層薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就變成一種電解質溶液,使水裡的H+增多。是就構成無數個以鐵為負極、碳為正極、酸性水膜為電解質溶液的微小原電池。這些原電池裡發生的氧化還原反應是
  負極(鐵):鐵被氧化Fe-2e=Fe2+;正極(碳):溶液中的H+被還原2H++2e=H2↑
  這樣就形成無數的微小原電池。最後氫氣在碳的表面放出,鐵被腐蝕,所以叫析氫腐蝕。
  原電池的形成條件
  從能量轉化角度看,原電池是將化學能轉化為電能的裝置;從化學反應角度看,原電池的原理是氧化還原反應中的還原劑失去的電子經導線傳遞給氧化劑,使氧化還原反應分別在兩個電極上進行。
  原電池的構成條件有三個:
  (1)電極材料由兩種金屬活動性不同的金屬或由金屬與其他導電的材料(非金屬或某些氧化物等)組成。
  (2)兩電極必須浸泡在電解質溶液中。
  (3)兩電極之間有導線連接,形成閉合迴路。
  只要具備以上三個條件就可構成原電池。而化學電源因為要求可以提供持續而穩定的電流,所以除了必須具備原電池的三個構成條件之外,還要求有自發進行的氧化還原反應。也就是說,化學電源必須是原電池,但原電池不一定都能做化學電池。
  原電池的工作原理
  原電池反應屬於氧化還原反應,但區別於一般的氧化還原反應的是,電子轉移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的,而是還原劑在負極上失電子發生氧化反應,電子通過外電路輸送到正極上,氧化劑在正極上得電子發生還原反應,從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉移。兩極之間溶液中離子的定向移動和外部導線中電子的定向移動構成了閉合迴路,使兩個電極反應不斷進行,發生有序的電子轉移過程,產生電流,實現化學能向電能的轉化。
  原理分析:
  CuCl2是強電解質且易溶於水,在水溶液中電離生成Cu2+和Cl-。
  CuCl2=Cu2++2Cl-
  通電前,Cu2+和Cl-在水裡自由地移動著;通電后,這些自由移動著的離子,在電場作用下,改作定向移動。溶液中帶正電的Cu2+向陰極移動,帶負電的氯離子向陽極移動。在陰極,銅離子獲得電子而還原成銅原子覆蓋在陰極上;在陽極,氯離子失去電子而被氧化成氯原子,並兩兩結合成氯分子,從陽極放出。
  陰極:Cu2++2e-=Cu
  陽極:Cl--2e-=Cl2↑
  電解CuCl2溶液的化學反應方程式:CuCl2=Cu+Cl2↑
  (5)電解質水溶液電解反應的綜合分析
  在上面敘述氯化銅電解的過程中,沒有提到溶液里的H+和OH-,其實H+和OH-雖少,但的確是存在的,只是他們沒有參加電極反應。也就是說在氯化銅溶液中,除Cu2+和Cl-外,還有H+和OH-,電解時,移向陰極的離子有Cu2+和H+,因為在這樣的實驗條件下Cu2+比H+容易得到電子,所以Cu2+在陰極上得到電子析出金屬銅。移向陽極的離子有OH-和Cl-,因為在這樣的實驗條件下,Cl-和OH-容易失去電子,所以Cl-在陽極上失去電子,生成氯氣。
  說明:
  ①陽離子得到電子或陰離子失去電子而使離子所帶電荷數目降低的過程又叫做放電。
  ②用石墨、金、鉑等還原性很弱的材料製做的電極叫做惰性電極,理由是它們在一般的通電條件下不發生化學反應。用鐵、鋅、銅、銀等還原性較強的材料製做的電極又叫做活性電極,它們做電解池的陽極時,先於其他物質發生氧化反應。
  ③在一般的電解條件下,水溶液中含有多種陽離子時,它們在陰極上放電的先後順序是:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>(H+)>Fe2+>Zn2+;水溶液中含有多種陰離子時,它們的惰性陽極上放電的先後順序是:S2->I->Br->Cl->OH_(F-、NO3-、SO42-等)
  (6)以惰性電極電解電解質水溶液,分析電解反應的一般方法步驟為:
  ①分析電解質水溶液的組成,找全離子並分為陰、陽兩組;
  ②分別對陰、陽離子排出放電順序,寫出兩極上的電極反應式;
  ③合併兩個電極反應式得出電解反應的總化學方程式或離子方程式。
  常用原電池方程式
  1.Cu─H2SO4─Zn原電池
  正極:2H++2e-==H2↑
  負極:Zn-2e-==Zn2+
  總反應式:Zn+2H+==Zn2++H2↑
  2.Cu─FeCl3─C原電池
  正極:2Fe3++2e-==2Fe2+
  負極:Cu-2e-==Cu2+ 
  總反應式:2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+ 
  3.鋼鐵在潮濕的空氣中發生吸氧腐蝕
  正極:O2+2H2O+4e-==4OH-
  負極:2Fe-4e-==2Fe2+
  總反應式:
  2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2↓ 
  4.氫氧燃料電池(中性介質)
  正極:O2+2H2O+4e-==4OH-
  負極:2H2-4e-==4H+
  總反應式:2H2+O2==2H2O
  5.氫氧燃料電池(酸性介質)
  正極:O2+4H++4e-==2H2O
  負極:2H2-4e-==4H+
  總反應式:2H2+O2==2H2O
  6.氫氧燃料電池(鹼性介質)
  正極:O2+2H2O+4e-==4OH-
  負極:2H2-4e-+4OH-==4H2O
  總反應式:2H2+O2==2H2O
  7.鉛蓄電池(放電)
  正極(PbO2):
  PbO2+2e-+SO42-+4H+==PbSO4↓+2H2O
  負極(Pb):Pb-2e-+SO42-==PbSO4↓
  總反應式:
  Pb+PbO2+4H++2SO42-==2PbSO4↓+2H2O 
  8.Al─NaOH─Mg原電池
  正極:6H2O+6e-==3H2↑+6OH-
  負極:2Al-6e-+8OH-==2AlO2-+4H2O
  總反應式:2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑
  9.CH4燃料電池(鹼性介質)
  正極:2O2+4H2O+8e-==8OH-
  負極:CH4-8e-+10OH-==CO32-+7H2O
  總反應式:CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O
  10.熔融碳酸鹽燃料電池
  (Li2CO3和Na2CO3熔融鹽作電解液,CO作燃料):
  正極:O2+2CO2+4e-==2CO32-(持續補充CO2氣體)
  負極:2CO+2CO32--4e-==4CO2
  總反應式:2CO+O2==2CO2
  11.銀鋅紐扣電池(鹼性介質)
  正極(Ag2O):Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-
  負極(Zn):Zn+2OH--2e-==ZnO+H2O

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