锌锰干电池的发展

1、锌镒干电池的发展汪群拥尹占兰一、锌镒干电池的分类和原理化学电源可分为一次电池、二次电池(又称蓄电池)和燃料电池三种。顾名思义， 一次电池就是使用一次后就被废弃的电池。例如锌镒干电池、锌银钮扣式电池、锂电池 等。二次电池又称蓄电池，它是在充电后又能反复使用的电池，使用周期较长，故又称 之为可充式电池。如铅酸蓄电池，馍 镉电池、金属氢化物馍电池、锂离子电池等。严 格来讲，燃料电池也属于一次电池，但一般的一次电池的正、负极活性物质是固体并放 在电池内，用完后不能补充，因而容量较小，而燃料电池的活性物质是放在电池外储罐 中的气体或液体，只要气体或液体的活性物质源源不断地输入燃料电池中，电池就连续 发电

2、。如碱性燃料电池(AFC),熔融碳酸盐电池(MCFC)、磷酸盐电池(PAC),固体 氧化物电池(SOFC),固体聚合物电池(SPEFC)等。锌镒干电池根据电解质酸碱性质 可分为以下两类：.酸性锌镒干电池酸性锌镒干电池是以锌筒作为负极，并经汞齐化处理，使表面性质更为均匀，以减 少锌的腐蚀，提高电池的储藏性能，正极材料是由二氧化镒粉、氯化镂及碳黑组成的一 个混合糊状物。正极材料中间插入一根碳棒，作为引出电流的导体。在正极和负极之间 有一层增强的隔离纸，该纸浸透了含有氯化镂和氯化锌的电解质溶液，金属锌的上部被 密封。这种电池是19世纪60年代法国的勒克兰谢(Leclanche)发明的，故又称为勒克

3、兰谢电池或炭锌干电池，可表示为：()Zn | NH4CI (20%) ZnCl2 I MnO2, C ( + )尽管这种电池的历史悠久，但对它的电化学过程尚未完全了解，通常认为放电时， 电池中的反应如下：正极为阴极，镒由四价还原为三价2MnO 2+ 2H2O + 2e2MnO(OH) +2OH负极为阳极，锌氧化为二价锌离子：Zn+ 2NH 4Cl fZn(NH 3)202+ 2H +2e总的电池反应为：2MnO2+Zn + 2NH4d2MnO(OH) +Zn(NH 3)202实践经验表明，该电池的电流 一电压特性和二氧化镒的来源有关，也直接地依赖于 镒的氧化价态、晶粒的大小及水化程度等。目前已

4、全部以ZnCl2电解液代替NH 4Cl,充分说明Zn”与C配合ZnCl42,而不必有NH4+存在，放电前pH=5,放电后pH上升 到pH =7为中性。该电池的特点：(1)开路电压为1 . 55V1. 70V; (2)原材料丰富，价格低廉； (3)型号多样1号5号；(4)携带方便，适用于间歇式放电场合。缺点是：在使用过 程中电压不断下降，不能提供稳定电压，且放电功率低，比能量小，低温性能差，在- 20C即不能工作。在高寒地区只可使用碱性锌镒干电池。.碱性锌镒干电池碱性锌镒电池简称碱镒电池，它是在1882年研制成功，1912年就已开发，到了 1949年才投产问世。人们发现，当用 KOH电解质溶液代

5、替 NH4Cl做电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。它的电池 表达式为：(-)Zn | KOH , K2Zn(OH)4 | MnO 2, C ( + )它的电极反应如下：正极为阴极反应：MnO2+H2O+c MnO(OH) + OHMnO(OH)在碱性溶液中有一定的溶解度MnO(OH) + H2O+OH - Mn(OH) 4一 Z X Q -Mn(OH) 4 +门 Mn(OH) 4负极为阳极反应：Zn+2OH - Zn(OH) 2+2eZn(OH)2+2OH -Zn(OH) 42总的电池反应为：Zn+MnO2 + 2H2O+4OH - Mn(

6、OH) 42 +Zn(OH)42由于正极为阴极反应不全是固相反应，负极为阳极反应是可溶性的Zn(OH)42 ,故内阻小，放电后电压恢复能力强。 碱性锌镒电池采用了高纯度、 高活性的正、负极材料， 以及离子导电性强的碱作为电解质，使电化学反应面积成倍增长。它的特点：(1)开路电压为1.5V; ( 2)工作温度范围宽在一20c60c之间，适于高寒地区使用；( 3) 大电流连续放电其容量是酸性锌镒电池的5倍左右；(4)它的低温放电性能也很好。我国目前主要生产酸性锌镒电池、碱性锌镒电池，前者如大公、牡丹、中华、天鹅、555,后者如南学、双鹿、白象等。仅根据1995年统计资料表明，全世界干电池总产量为2

7、50亿只，其中碱镒电池为70亿只。5年来，美国、欧洲和日本的碱镒电池年增长率超过12%,美、欧、日国内碱镒电池所占市场比例分别为72%、52%和29%。我国碱镒电也总产量近 3亿只，仅占干电池总产量的3%,预计5年内将提高到10%15%。从目前发展现况来看，“南孚”、“双鹿”、“白象”等品牌已达到国际标准，生产速率最高200只/min,美国、日本已达300只/min以上。二、废旧电池的危害2001年1月1日是国家经贸委、国家环保总局、国家技术监督局等9个部委局于1997年发布的关于限制电池产品汞含量的通知中要求的“凡进入国内市场销售的国内外电池产品，在单体电池上均需标注汞含量(例如，用“低汞”

8、或“无汞”注明)， 未标注汞含量的电池不准进入市场销售”的规定。长期以来，我国生产的锌镒干电池，不论是酸性抑或是碱性锌镒干电池，锌筒作负 极均经汞齐化工艺处理，防腐剂则入汞的化合物。科学研究结果表明，汞是严重污染环 境的元素，具有明显的神经毒性，对内分沁系统，免疫系统等都有严重影响。我国的锌镒碱性干电池中汞含量达 1%至5%,中性干电池为0. 025%,已严重超标， 全国每年用于生产干电池的汞仅一次性污染含量每年达100t汞之多。数字巨大，污染惊人。日常生活中的电池，由于低值高耗、体积小，无直观危害和直接的环境污染等原因， 常不易引起人们的关注。而且电池用完后，人们又习以为常随手抛弃，结果造成

9、废旧电 池撒落在每个角落。殊不知，这些看起来并不起眼的电池由于含汞污染的物质，当其撒 落在自然界后，日积月累，随着时间推移外层金属的锈蚀，汞等有害物质就会慢慢地从 电池中溢出，进入土壤或经过雨水的冲洗进入河流，进入地下水。假若焚烧垃圾时，垃 圾中废电池内所含汞便会以汞蒸气形式进入大气圈。据测试，一节一号干电池所含汞， 可使1m2的土地失去使用价值。进入环境中的汞，可通过植物的吸收作用，通过动物的 呼吸作用，通过饮水，通过食物链，间接或直接进入人体，并在人体内长期蓄积难以排 出，损害神经，造血功能、免疫能力下降，肾脏和骨骼受害等。因此，废旧电池的随意 乱扔将给环境留下长期的、潜在的危害，所以电池

10、业对环境危害的特点归纳为六句话； “电池虽小，污染挺大，集中生产，分散污染，短期使用，长期危害。”三、废旧电池要回收废旧电池要回收，一是资源的回收利用，变废为宝；二是防止环境污染。如果多数 产品在使用后被丢弃，那么资源将不断减少，垃圾则相应增加。这种大量生产、大量消 费、大量丢弃的“自然资源 一产品一垃圾”的开环式经济模式，显然不符合可持续发展 的理念。与此相反，循环处理则是一种由“自然资源一产品一资源”的物质闭环式流程。 因此循环的物流是一种排放量足够小的物流。正符合TROST首先提出的化学反应的原子经济（反应的原子经济性），即原料分子有百分之几的原子转化成了产物。废旧电池 中的有色金属是宝