電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電裝置屬于在反應(yīng)中把物質(zhì)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
 

    從熱力學(xué)的意義上看，假設(shè)△H為焙的變化，△G為吉布斯自由能量變化，△S為嫡的變化，T為絕對(duì)溫度，則下式成立:

      △H = △G+ T△S(3.1)

    從式((3.3)可以看到，△H是化學(xué)能的變化，其中△G是可以轉(zhuǎn)換為電能的部分，T△S是損失的部分。由于化學(xué)便覽[[2]中給出了這些量△H, △G, △S的反應(yīng)物質(zhì)、生成物質(zhì)，因此就可以計(jì)算電位及理論效率(在后面的燃料電池中將進(jìn)一步講解)。

即，在卡諾循環(huán)式中，若T1不取大值，則效率低(實(shí)際效率為數(shù)%或大容量機(jī)的約40%，因此爪必須大于1500K).在電學(xué)反應(yīng)中相反，若溫度高，效率則下降，即便容量小，沒(méi)有達(dá)到全功率，實(shí)際效率為40%-60%，所以利用化學(xué)反應(yīng)提高直接發(fā)電效率是其特征。

    3.一次電池
 

    如圖3.25所示，一次電池有鎳錳干電池、堿性鎳錳.干電池(簡(jiǎn)單的堿性電池)、氧化銀電池、銼電池等。它們的性能列于表3.4中。至于外形尺寸，鎳錳干電池和堿性電池從單一型到單四型不等。2004年，二氧化鎳錳和9基氫氧化鎳正極的浮氧干電池問(wèn)世，而紐扣電池是氧化銀電池或銼電池等。這些電池的形狀大小由它們的規(guī)格決定。還有像照相機(jī)用的積層鏗電池或助聽(tīng)器用的空氣鋅電池等特殊電池。盡管它們的容量很小，但是適合傳感器或小型機(jī)器人驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)增加容量和減少泄漏的研究，今天的電池已經(jīng)變得越來(lái)越方便使用了。

4.二次電池
 

    在二次電池中，鉛蓄電池的歷史悠久(1860年問(wèn)世)，時(shí)至今日甚至仍然在使用。此外還有鎳鍋蓄電池(鎳鍋電池)、鎳鋅蓄電池等，最近出現(xiàn)的二次電池新產(chǎn)品有鎳氫蓄電池、鏗離子電池等。本節(jié)也將涉及一些正在開(kāi)發(fā)中的二次電池。各種電池的能量密度如圖3.26所示[5]，它們的特點(diǎn)列于表3.5中[6]。電池的容量有多種選擇，因此作為機(jī)器人電源的用途很廣泛。

    鉛蓄電池從1860年起就已經(jīng)被實(shí)用化了。它的能量密度比其他的二次電池小，但是目前這一不足正在被改善。它的優(yōu)點(diǎn)是廉價(jià)、通用性強(qiáng)，故有廣泛的應(yīng)用。它的公稱電壓為2V。它的缺點(diǎn)是如果過(guò)度放電，電極表面就會(huì)堆積PbSO4，導(dǎo)致電阻上升最后失效。

    1902年問(wèn)世的鎳鍋蓄電池是使用堿性電解液的楊格納蓄電池的一種。楊格納當(dāng)時(shí)曾經(jīng)與愛(ài)迪生的發(fā)明進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果以愛(ài)迪生的鐵鎳蓄電池勝出。不過(guò)，鐵鎳蓄電池真正的實(shí)用化是1960年以后的事情，它的公稱電壓為1.2V。

    鎳氫電池的特點(diǎn)是負(fù)極采用氫氣吸留合金(M),氫氣吸留合金來(lái)自于多孔體，其中可以儲(chǔ)藏氫氣，同時(shí)由于是多孔體，表面被活性化，促進(jìn)了負(fù)極的氫氧反應(yīng)。氫氣吸留合金被發(fā)現(xiàn)后于20世紀(jì)90年代用于二次電池的實(shí)用化。有各種各樣的氫氣吸留合金M,廣為人知的是MmNi5(Mm表示飾合金，是La, Ce等稀土類元素的集合體)。
 

    至于正極，一般采用活性物質(zhì)，與鎳福二次電池相同，都是經(jīng)基氧氫酸化鎳，在正極實(shí)現(xiàn)還原反應(yīng)。如果反過(guò)來(lái)充電，那么可以觀察到它的逆反應(yīng)。仔細(xì)觀察下面的反應(yīng)方程式會(huì)發(fā)現(xiàn)，在各極都要進(jìn)行2-3階段的反應(yīng)。電解液是KOH水溶液，公稱電壓是1.2V。觀察反應(yīng)能夠發(fā)現(xiàn)負(fù)極的氫氣吸留合金就是氫的“宿主”。由于全部反應(yīng)均僅僅與氫反應(yīng)有關(guān)，故電解液的濃度并不發(fā)生變化。