酸性与碱性干电池.doc

酸性与碱性干电池以二氧化锰为正极，锌为负极，氯化铵水溶液为主电解液的原电池。俗称干电池。在学术界中又称为勒克朗谢电池。用面粉、淀粉等使电解液成为凝胶，不流动，形成隔离层，或用棉、纸等加以分隔。锌锰电池的开始电压随使用的MnO2的种类、电解液的组成和pH值等的不同而异,一般在1.551.75V，公称电压为1.5V。最适宜的使用温度为1530。在-20以下的低温条件下,普通锌锰电池不能工作。 锌锰电池便于携带，使用方便，品种齐全，工艺稳定，原料丰富，价格低廉，因而长期保持化学电源产品的主要地位并能持续发展。但是它的比能量低，工作电压稳定性差，尤其在大电流密度放电时更为明显。 锌锰电池用途十分广泛，可作为电话机、信号装置、仪器仪表等所需的直流电源，以及照明、收音机、录放音机、电动玩具、计算器、助听器等日常用电器具的电源。 分类锌锰电池有多种分类方法。 按组合方式分：有单体电池、组合电池和复式电池 3类。单体电池按形状又可分为圆筒形、方形和扁平形 3种。根据不同的使用要求，由若干只相同型号的单体电池通过串联或并联组合在一起的称为组合电池。如层叠电池就是一种扁平形单体电池串联组成的组合电池。由两种不同型号的单体电池组合而成的，称为复式电池。各国对于锌锰电池型号的表示方法不尽相同, 其中使用比较普遍的是国际电工委员会第35技术委员会(IEC/TC35)所规定的表示方法。中国采用此法。其要点是：用字母“R”、“S”和“F”分别表示圆筒形、方形和扁平型单体电池；字母后面的阿拉伯数字表示电池的型号，每一型号代表了规定的外形尺寸；组合电池以字母前所置的数字表示串联电池的个数，并联电池的个数置于单体电池型号之后，并用短线分开。如：S4、6F22、3R20-4。复式电池的型号，一般用其所包含的组合电池来表示。 按结构分：采用面粉、淀粉和电解液形成的凝胶作为正负极间的隔离层的，称为糊式电池；采用浆层纸为隔离层的称为纸板电池；采用高分子薄膜材料为隔离层的称为薄膜电池。 按电解液的成分分：电解液以氯化铵为主体的称为氯化铵型（或铵型）电池；以高浓度氯化锌为主体的称为氯化锌型（或锌型）电池。 按电池的放电性能分：有普通品 (S)、高电荷量(C)和高功率(P)3种类型。分别置于电池型号的后面,以示区别。如R6P表示R6高功率电池。 原材料有以下几种。 二氧化锰：俗称锰粉。是正极的活性物质，直接参加电化学反应，是决定电池电荷量的主要材料。根据其制备方法可以分为天然二氧化锰、化学二氧化锰和电解二氧化锰。其中电解二氧化锰的电化学活性最高，化学二氧化锰次之。 石墨：正极原料之一。有显晶型(俗称鳞片状)和隐晶型(俗称土状)两种。石墨不参加电化学反应，有良好的导电性，具有吸附性和粘着性。掺入电芯中可以提高电芯的导电性。它粘着在多孔锰粉的周围吸收一定量的电液，使电芯保持一定的水分，可充分提高锰粉的利用率。 乙炔黑：在正极中的作用与石墨相似。它的比重很小、颗粒较细，平均直径为3545毫微米，比表面为6070m2/g，导电性仅次于石墨,分散性、吸水性远优于石墨。 锌：负极活性物质，兼作电池的容器和负极引电体，是决定电池贮存性能的主要材料。在锌片中含有少量的镉和铅。镉能增强锌的强度，铅能改进锌的延展加工性能。镉与铅均能提高氢在锌电极上的过电位，减少锌电极的自放电，减缓锌片的腐蚀和氢气的释放。锌片中若含有Cu、Fe、Ni等，将降低H2在锌电极上析出的过电位，加速电池在贮存过程中的自放电，因此这些有害杂质必须严格控制。 氯化铵：是锌锰电池电解液的主要成分。其作用是：补充放电过程中由于正极反应减少的H+；在正极中也加入一定量的固体氯化铵，以补充放电时电解液中氯化铵的减少；增强电解液的导电性。 氯化锌：用于电解液中。主要作用有：减缓锌片腐蚀，保持电解液中的水分，破坏淀粉的链状结构，加快电解液的糊化速度，减少正极电芯在放电过程中pH值的提高。 面粉、淀粉：主要作用是使电解液糊化后成为不流动的隔离层，使它既有良好的离子导电性，又能固定电芯，便于携带使用；对锌片有保护作用，可减缓锌片的腐蚀。面粉比淀粉粘性好，粘附力强，保持水分性能好，不易沉淀。所以在配制电解液时，淀粉、面粉互相搭配使用。 1.酸性干电池原理锌锰电池的电化学反应可简单地表示为：正极：MnO2+H+eMnOOH 负极：Zn+2NH4ClZn（NH3）2Cl2+2H+2e 总反应式：Zn+2MnO2+2NH4Cl2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2 由反应式可以看出，正极二氧化锰放电时发生还原反应，使溶液中的H+浓度减少，所以电解液的pH值增高，碱性增大，使二氧化锰电极电位向负的方向移动。负极锌放电时，发生氧化反应，锌电极的浓差极化使锌电极电位向正的方向移动。因此放电时，电池电压下降。酸性干电池中，在放置时锌也会慢慢和酸性物质反应，所以不会有太长的寿命，还有酸性干电池在工作时会有水生成，稀溶液容易从电池中流出，也会导致其寿命变短，还常会腐蚀电器，在电极上出现的氢气和氨气也会影响正常的放电，所以工作性能也不是很好。而碱性干电池就不存在这些问题。电化学体系的表示式为： 1碱性干电池碱性干电池的负极材料是锌，正极材料是二氧化锰，电解液是氢氧化钠或氢氧化钾溶液。它的构造中间是由锌粉压制的圆柱状负极，其外缠裹着浸满氢氧化钠或氢氧化钾溶液的纤维材料，再外是由二氧化锰、碳粉及氢氧化钠或氢氧化钾溶液组成的正极。电池的外壳由惰性金属制成与正极相连，电池的负极通过集电针与电池底部相连。 电池反应负极反应Zn+4OH-2eZn