解读“天宫二号”中的能量供应

山东 拖迎春 路国庆

解读“天宫二号”中的能量供应

山东 拖迎春 路国庆

2016年9月15日，我国“天宫二号”空间实验室搭乘着“长征二号”F运载火箭成功“飞天”，这标志着中国在探索太空的征程上又迈出了一大步，“天宫二号”的成功发射是建设空间站过程中的又一个重要里程碑。“天宫二号”设计在轨寿命2年，在这段时间内是什么提供了“天宫二号”所需的大量能量呢？是太阳能电池和高效能的锂离子电池。在高考题中可以借此考查新型电池，下面举几例关于太阳能电池和锂电池的考题供大家欣赏。

一、太阳能电池

空间实验室有两对“翅膀”——翼展约18．4米的柔性太阳翼（太阳能电池帆板）。当面对太阳时就是“天宫二号”太阳能帆板发电的时候。帆板发电时，一部分电量直接供给“天宫二号”，一部分电量则储存在电池里，供背离太阳时使用。

例1 一种全天候太阳能电化学电池的工作原理如下图所示。下列说法错误的是（ ）

A．该电池与硅太阳能电池供电原理相同

B．光照时，b极周围pH减小

C．光照时，H＋由b极室透过质子膜进入a极室

D．夜间无光照时，a为电池的负极

解析：A项，硅太阳能电池是利用半导体原理将光能转化为电能，过程中不发生化学变化；而该电池供电时发生电化学反应，故A错误。B项，负极（b）的电极反应为VO2＋＋，溶液中c（H＋）增大，故B正确。C项，由于白天光照时，b为负极，产生的H＋透过质子膜流向正极a，故C正确。D项，夜间相当于蓄电池放电，a极D正确。

例2 下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料（S）涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：

下列关于该电池叙述错误的是 （ ）

A．电池工作时，I－在镀铂导电玻璃电极上放电

B．电池工作时，是将太阳能转化为电能

C．电池的电解质溶液中I－和I－3的浓度不会减少

D．电池中镀铂导电玻璃为正极

解析：在原电池中，电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极。根据图中的电子流向，可知有机光敏染料（S）涂覆TiO2纳米晶体表面修饰的电极为电池的负极，导电玻璃镀铂修饰的电极为正极，D正确。负极总是失去电子，发生氧化反应，正极总是得到电子发生还原反应；电池工作时，I－在电极上放电转化成I－3，失去电子发生氧化反应，因此I－离子在负电极上放电，A错误。电池工作时，是将太阳能转化为电能，这也是此类环保电池的一个显著优点，B正确。由题干中的反应式（3）和（4）可以得知，转移相同的电子生成的I－和I－3的量相同，所以电池在工作过程中电解质溶液中I－和I－3浓度不会减少，C正确。

答案：A

点评：从上面的解析不难看出，虽然此类情境题切入点新颖，只要同学们仔细分析题干中给出的信息，结合平时熟练掌握了的电池的基本原理和解题规律，学会迁移运用已学知识，然后判断选项中叙述的正误，那么无论面临如何新的情境，都可以以不变应万变，驾驭自如。

二、锂电池

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。

1．锂金属电池

锂金属电池是以金属锂作为电极，以电子传递产生电流，一次性电池，一旦电能耗尽便不能再用，在照相机等耗电量较低的电子产品中曾经广泛使用。

例3 一种常用的一次性锂电池负极由金属锂构成，正极由二氯亚砜（SOCl2）和碳材料构成。总反应为4Li＋↑，此种锂电池是一次电池，在放电时有气体产生。以下说法中正确的是（ ）

A．放电时电池内部Li＋向负极移动

B．放电过程中，电池负极材料的质量减少

D．放电时每转移4mol电子，有2mol S被还原

解：放电时电池内部Li＋向正极移动，故A错误；放电过程中，电池负极材料为锂，失电子发生氧化反应，质量减少，故B正确；放电时电池负极反应为总反应为↑，两式相减得到正极反应为，故C正确；总反应为↑，放电时每转移4mol电子，有1mol S元素被还原，故D错误。

答案：BC

2．锂离子电池

锂离子电池不含有金属态的锂，是可以反复充电的，也称二次锂电池。在20℃下可储存半年以上，这是由于它的自放电率很低，而且大部分容量可以恢复。

B．充电时，A极发生氧化反应

C．充电时，Li＋穿过隔离膜向B极移动

D．当B极失去x mol电子，电池消耗6mol C

解析：放电时该装置为原电池，根据电子流向知，A极为原电池负极，负极上电极反应式为xLi＋＋6C，故A错误。充电时该装置为电解池，根据电子流向知，A极为电解池阴极，阴极上得电子发生还原反应，故B错误。充电时该装置为电解池，阳离子向阴极A移动，故C错误。当B极失去x mol电子时，该装置为电解池，电极A上得电子发生还原反应，则电极A上电极反应式为，根据碳和转移电子之间的关系式知，消耗碳的物质的量为6mol，故D正确。

答案：D

点评：新型电池以其能量转化率高、无毒无污染、成本低、寿命长等优势，有着十分广阔的产业化前景。很好地结合了“低碳经济”这一时代主题，因此它也是高考命题中一大热点和亮点。在解答问题过程中，知识万变不离其宗，一定要结合进本原理进行解答。

（作者单位：山东省淄博市临淄中学）