鋅錳干電池

酸性鋅錳干電池是以鋅筒作為負(fù)極,并經(jīng)汞齊化處理,使表面性質(zhì)更為均勻,以減少鋅的腐蝕,提高電池的儲(chǔ)藏性能,正極材料是由二氧化錳粉、氯化銨及碳黑組成的一個(gè)混合糊狀物。正極材料中間插入一根炭棒,作為引出電流的導(dǎo)體。在正極和負(fù)極之間有一層增強(qiáng)的隔離紙,該紙浸透了含有氯化銨和氯化鋅的電解質(zhì)溶液,金屬鋅的上部被密封。這種電池是19世紀(jì)60年代法國(guó)的勒克蘭謝(Leclanche)發(fā)明的,故又稱為勒克蘭謝電池或炭鋅干電池,可表示為:
(-)Zn|NH4Cl(20%)ZnCl2|MnO2,C(+)
盡管這種電池的歷史悠久,但對(duì)它的電化學(xué)過(guò)程尚未完全了解,通常認(rèn)為放電時(shí),電池中的反應(yīng)如下:正極為陰極,錳由四價(jià)還原為三價(jià)
2MnO2+2H2O+2e→2MnOOH+2OHˉ
負(fù)極為陽(yáng)極,鋅氧化為二價(jià)鋅離子:
Zn+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2H+2eˉ
總的電池反應(yīng)為:
2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2
實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,該電池的電流-電壓特性和二氧化錳的來(lái)源有關(guān),也直接地依賴于錳的氧化價(jià)態(tài)、晶粒的大小及水化程度等。目前已全部以ZnCl2電解液代替NH4Cl,充分說(shuō)明Zn與Cl配合[ZnCl4],而不必有NH4存在,放電前pH=5,放電后pH上升到pH=7為中性。該電池的特點(diǎn):(1)開路電壓為1.55V~1.70V;(2)原材料豐富,價(jià)格低廉;(3)型號(hào)多樣1號(hào)~5號(hào);(4)攜帶方便,適用于間歇式放電場(chǎng)合。缺點(diǎn)是:在使用過(guò)程中電壓不斷下降,不能提供穩(wěn)定電壓,且放電功率低,比能量小,低溫性能差,在-20℃即不能工作。在高寒地區(qū)只可使用堿性鋅錳干電池。
堿性
堿性鋅錳電池簡(jiǎn)稱堿錳電池,它是在1882年研制成功,1912年就已開發(fā),到了1949年才投產(chǎn)問(wèn)世。人們發(fā)現(xiàn),當(dāng)用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl做電解質(zhì)時(shí),無(wú)論是電解質(zhì)還是結(jié)構(gòu)上都有較大變化,電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。它的電池表達(dá)式為:
(-)Zn︱KOH,K2[Zn(OH)4]︱MnO2,C(+)
它的電極反應(yīng)如下:
正極為陰極反應(yīng):
MnO2+H2O+eˉ→MnO(OH)+OHˉ
MnO(OH)在堿性溶液中有一定的溶解度
MnO(OH)+H2O+OHˉ→Mn(OH)4
Mn(OH)4+2eˉ→Mn(OH)4
負(fù)極為陽(yáng)極反應(yīng):
Zn+2OHˉ→Zn(OH)2+2eˉ
Zn(OH)2+2OHˉ→Zn(OH)4
總的電池反應(yīng)為:
Zn+MnO2+2H2O+4OHˉ→Mn(OH)42ˉ+Zn(OH)4
由于正極為陰極反應(yīng)不全是固相反應(yīng),負(fù)極為陽(yáng)極反應(yīng)是可溶性的Zn(OH)4ˉ,故內(nèi)阻小,放電后電壓恢復(fù)能力強(qiáng)。堿性鋅錳電池采用了高純度、高活性的正、負(fù)極材料,以及離子導(dǎo)電性強(qiáng)的堿作為電解質(zhì),使電化學(xué)反應(yīng)面積成倍增長(zhǎng)。它的特點(diǎn):(1)開路電壓為1.5V;(2)工作溫度范圍寬在-20℃~60℃之間,適于高寒地區(qū)使用;(3)大電流連續(xù)放電其容量是酸性鋅錳電池的5倍左右;(4)它的低溫放電性能也很好。
我國(guó)目前主要生產(chǎn)酸性鋅錳電池、堿性鋅錳電池,前者如大公、牡丹、中華、天鵝、555,后者如南孚、雙鹿、白象等。
僅根據(jù)1995年統(tǒng)計(jì)資料表明,全世界干電池總產(chǎn)量為250億只,其中堿錳電池為70億只。5年來(lái),美國(guó)、歐洲和日本的堿錳電池年增長(zhǎng)率超過(guò)12%,美、歐、日國(guó)內(nèi)堿錳電池所占市場(chǎng)比例分別為72%、52%和29%。我國(guó)堿錳電也總產(chǎn)量近3億只,僅占干電池總產(chǎn)量的3%,預(yù)計(jì)5年內(nèi)將提高到10%~15%。從目前發(fā)展現(xiàn)況來(lái)看,"南孚"、"雙鹿"、"白象"等品牌已達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)速率最高200只/min,美國(guó)、日本已達(dá)300只/min以上。
堿性鋅錳干電池(簡(jiǎn)稱為堿錳電池)在結(jié)構(gòu)上采用與普通鋅錳電池相反的電極結(jié)構(gòu),增大了正負(fù)極間的相對(duì)面積,采用高導(dǎo)電性的堿性電解液,正負(fù)極采用高能電極材料,所以,堿錳電池的容量和放電時(shí)間是同等型號(hào)普通電池的3~7倍,低溫性能兩者差距更大,堿錳電池更耐低溫,而且更適合于大電流放電和要求工作電壓比較穩(wěn)定的用電場(chǎng)合。
2、"555"產(chǎn)品特點(diǎn)
555牌一次堿性鋅錳電池獲得"中國(guó)名牌產(chǎn)品"和國(guó)家出口免檢產(chǎn)品稱號(hào),產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn):
a、不含汞和鎘,對(duì)環(huán)境友好;
b、采用超薄鋼殼技術(shù)增加電池內(nèi)部容量,從而增加電池放電容量;
c、采用錳環(huán)二次復(fù)壓以及鋼殼內(nèi)壁涂碳技術(shù),降低電池內(nèi)阻,提高電池大電流放電性能;
d、采用超細(xì)纖維高致密性的隔膜,能有效地延長(zhǎng)電池的貯存期;
e、密封膠塞設(shè)置了安全防爆結(jié)構(gòu),防止電池因不正當(dāng)使用而可能產(chǎn)生的電池爆炸。
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