第二节锌锰电池

1、第二节,锌二氧化锰电池,?,主要内容：,?,?,?,?,?,?,锌锰电池概述,二氧化锰正极,锌负极,电池反应和电性能,中性锌锰电池制作工艺,碱性锌锰电池制作工艺,?,?,本章重点,：,正极,：二氧化锰的反应机理,?,?,负极,：锌电极的自放电、引起自放电的原因,和降低自放电的措施。,电池反应和性能,：两类中性电池的比较、中,性电池与碱性电池的比较,一、,概述,（）,Zn| |MnO,2,（）,?,锌锰电池的分类,?,中性锌锰电池,NH,4,Cl+ZnCl,2,的水溶液,1.,NH,4,Cl,型电池,电解液以,NH,4,Cl,为主，少量的,ZnCl,2,Zn|NH,4,Cl(ZnCl,2,)|M

2、nO,2,2.,ZnCl,2,型电池,电解液以,ZnCl,2,为主，少量的,NH,4,Cl,Zn|ZnCl,2,(NH,4,Cl)|MnO,2,?,碱性锌锰电池,电解液为,KOH,的水溶液,Zn|KOH |MnO,2,?,特点,优点：,原材料来源丰富，价格便宜；使用方便，不,需维护。,缺点：,只适合于小电流间放。,二、,二氧化锰电极,?,MnO,2,电极的电化学行为：,质子电子机理,?,MnO,2,阴极还原的初级过程,MnOOH,的生成,MnO,2,H,eMnOOH,反应的过程,：,晶格示意图,e,O,Mn,4+,O,Mn,4+,O,2-,Mn,4+,2-,2-,O,Mn,4+,O,Mn,4+

3、,2-,O,2-,3+,Mn,4+,Mn,2-,2-,-,OH,O,H,OH,H,+,+,-,Mn,4+,O,2-,O,2-,Mn,4+,O,2-,OH,-,Mn,O,2-,4+,O,2-,MnO,2,（固）,H,（液）,e MnOOH,（固）,?,MnO,2,阴极还原的次级过程,MnOOH,的转移,1.,歧化反应,2MnOOH,2H,MnO,2,Mn,2,2H,2,O,2.,固相质子扩散,?,MnO,2,阴极还原的,控制步骤,次级过程为控制步骤，即水锰石,(MnOOH),的转移,是控制步骤，,MnO,2,阴极极化主要是由于,MnOOH,转,移的缓慢所造成的。,O,Mn,4+,2-,O,2-,

4、O,2-,-,2-,O,H,4+,3+,Mn,Mn,3+,e,4+,Mn,Mn,O,Mn,4+,2-,O,OH,Mn,4+,2-,-,O,OH,-,Mn,O,2-,4+,O,Mn,4+,2-,O,2-,Mn,4+,2-,H,+,OH,-,Mn,O,2-,4+,O,2-,O,?,MnO,2,的晶型与性能：,?,MnO,2,?,MnO,2,?,MnO,2,从晶型结构来讲，,MnO,2,的性能应最好，极,化小，放出的容量大。,三、,锌负极,?,锌电极的阳极过程,2,Zn,2e Zn,?,在碱性介质中：,KOH,溶液,Zn,2,2OH,Zn(OH),2,?,ZnO,H,2,O,Zn(OH),2,2KO

5、HK,2,ZnO,2,2 H,2,O,或,ZnO,2 KOHK,2,ZnO,2,H,2,O,?,在中性介质中：,NH,4,Cl,ZnCl,2,1.,以,NH,4,Cl,为主：,Zn,2,2NH,4,ClZn,（,NH,3,）,2,Cl,2,2H,2.,以,ZnCl,2,为主：,4 Zn,2,9 H,2,O,ZnCl,2,ZnCl,2,4 ZnO,5 H,2,O,H,?,锌负极的极化,与正极,MnO,2,相比，锌负极的极化要小得多。正常放,电情况下电化学极化是较小的，主要是浓差极化。,在放电后期或低温下放电，电极的表面状态发生了,变化，这时电化学极化就不能忽视了。,?,?,锌负极的自放电,锌电极

6、产生自放电的原因,1.,氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电,2.,氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电,3.,电解液中的杂质所引起的锌电极的自放电,引起锌电极自放电的主要原因是氢的阴极析,出所引起的锌的腐蚀，即,吸氢腐蚀,?,影响锌电极自放电的因素,1.,锌的纯度及表面均匀性的影响,2.,溶液,pH,值的影响,3.,电液中,NH,4,Cl,、,ZnCl,2,浓度对自放电的影响,4.,温度的影响,：,降低锌负极自放电的措施：,1.,加添加剂,在金属锌中加入添加剂,在电解液中加入缓蚀剂,2.,保证原材料的质量达到要求,3.,对电液进行净化,4.,贮存电池的温度低于,25,5.,电池要严格密封,?,四

7、、锌锰电池的电池反应和电性能,?,中性介质中的锌锰电池的电池反应,?,以,NH,4,Cl,为主的锌锰电池（氯化铵型电池）,（）,Zn,NH,4,Cl,MnO,2,(,),负极反应：,Zn,2NH,4,Cl,2e Zn,（,NH,3,）,2,Cl,2,2H,正极反应：,MnO,2,+H,2,O+e MnOOH+OH,-,电池反应：,Zn,2NH,4,Cl,2MnO,2,Zn(NH,3,),2,Cl,2,2 MnOOH,电池的反应较为复杂，产物也十分复杂，但反应的主要产物是,Zn,（,NH,3,）,2,Cl,2,。,?,以,ZnCl,2,为主的锌锰电池（氯化锌型电池）,（）,Zn,ZnCl,2,M

8、nO,2,(,),负极：,4Zn,8e,8H,2,O,ZnCl,2,ZnCl,2,4 Zn(OH),2,8 H,正极：,8MnO,2,8H,+,8e 8MnOOH,电池反应：,4Zn,8H,2,O,ZnCl,2,8MnO,2,8 MnOOH,ZnCl,2,4 Zn(OH),2,?,碱性介质中的锌锰电池（碱锰电池）的电,池反应,（）,Zn,KOH,MnO,2,(,),负极反应：,Zn,2 e,2OH,Zn(OH),2,?,ZnO,H,2,O,正极反应：,2MnO,2,+2H,2,O+2e2MnOOH,2OH,电池反应：,Zn,2MnO,2,+H,2,O2MnOOH,ZnO,或,Zn,2MnO,2

9、,+H,2,O2MnOOH,Zn(OH),2,?,ZnO,H,2,O,?,Zn-MnO,2,电池的电性能,?,开路电压,不同情况下，,Zn-MnO,2,电池的开路电压在,1.5,1.8V,左右。,负极,Zn,的稳定电位大约在,0.8V,左右。,正极稳定电位一般在,0.7,1.0,之间。,?,工作电压,1.,极化主要是来自于正极,2.,电压的恢复特性,放电时工作电压下降，而断电后电池的电压,又逐渐缓慢回升,;,恢复特性的原因是由于二氧化锰电极的表面,的水锰石的转移所引起的,.,3.,锌锰电池适合小电流间歇放电。,?,欧姆内阻,中性锌锰电池各部分的欧姆电阻,项目,电阻,占总电阻,锌电极,微,微,电

10、解液层,0.05,22.8,电芯,0.08,36.4,炭棒,0.09,40.9,合计,0.22,100,?,容量及其影响因素,1.,放电制度对容量的影响,2.,锰粉的性质对容量的影响,3.,电解液的浓度和纯度,4.,制造工艺的影响,?,贮存性能,自放电,五、中性锌锰电池制作工艺,?,糊式电池,?,结构,隔离层采用浆糊层，所以称为糊式电池。属于氯化,铵型电池。,?,特点,A.,只适合小电流间放,B.,成本低。,?,纸板电池,?,结构,采用浆层纸代替糊式电池中的浆糊层作为隔离层。,?,特点,A.,容量增大,B.,电池内阻减小，放电电流增大,?,两种类型电池的比较,铵型电池,Zn,2NH,4,Cl,

11、2MnO,2,Zn,（,NH,3,）,2,Cl,2,2 MnOOH,锌型电池,4Zn,9H,2,O,ZnCl,2,8MnO,2,8MnOOH,ZnCl,2,4 ZnO,5 H,2,O,电液类型,电导率,S?m,-1,pH,值,水蒸气压,Pa,Zn,2,离子状态,氯化锌型,氯化铵型,差异,反应式不同,蒸气压,产物不同,15,43,4.6,5.4,2933,2340,Zn(H,2,O),2+,ZnCl,4,2,氯化铵型,无水生成和消耗,低,Zn,（,NH,3,）,2,Cl,2,，,致密而坚硬的沉淀,小电流间放,氯化锌型,消耗大量的水,防漏性能好，不容易漏液,高,密封要求高,ZnCl,2,4 ZnO,5 H,2,O,，,水泥效应,大电流连放,正离子,负极极化小,小,正极极化小,锌离子的存在形式,pH,值,电液导电能力,结论,负离子,负极极化大,大,正极极化大,好,小电流间放,不好,大电流连放、防漏性能好,六、碱性锌锰电池制作工艺,?,?,特点,放电性能好：,1.,正极全部采用电解锰；,2.,负极