第二节 锌锰电池.ppt

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 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 MnO2 锌锰电池的分类中性锌锰电池NH4Cl ZnCl2的水溶液NH4Cl型电池电解液以NH4Cl为主 少量的ZnCl2Zn NH4Cl ZnCl2 MnO2 ZnCl2型电池电解液以ZnCl2为主 少量的NH4ClZn ZnCl2 NH4Cl MnO2碱性锌锰电池电解液为KOH的水溶液Zn KOH MnO2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 MnO2电极的电化学行为 质子 电子机理MnO2阴极还原的初级过程MnOOH的生成MnO2 H e MnOOH Mn3 OH 反应的过程 晶格示意图 MnO2 固 H 液 e MnOOH 固 MnO2阴极还原的次级过程MnOOH的转移歧化反应2MnOOH 2H MnO2 Mn2 2H2O固相质子扩散MnO2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 MnO2阴极极化主要是由于MnOOH转移的缓慢所造成的 Mn3 Mn4 OH O2 MnO2的晶型与性能 MnO2 MnO2 MnO2从晶型结构来讲 MnO2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Zn 2e Zn2 在碱性介质中 KOH溶液Zn2 2OH Zn OH 2 ZnO H2OZn OH 2 2KOH K2ZnO2 2H2O或ZnO 2KOH K2ZnO2 H2O 在中性介质中 NH4Cl ZnCl2以NH4Cl为主 Zn2 2NH4Cl Zn NH3 2Cl2 2H 以ZnCl2为主 4Zn2 9H2O ZnCl2 ZnCl2 4ZnO 5H2O H 锌负极的极化与正极MnO2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产生自放电的原因氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电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锌的纯度及表面均匀性的影响溶液pH值的影响电液中NH4Cl ZnCl2浓度对自放电的影响温度的影响 降低锌负极自放电的措施 加添加剂在金属锌中加入添加剂在电解液中加入缓蚀剂保证原材料的质量达到要求对电液进行净化贮存电池的温度低于25 电池要严格密封 四 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NH4Cl为主的锌 锰电池 氯化铵型电池 Zn NH4Cl MnO2 负极反应 Zn 2NH4Cl 2e Zn NH3 2Cl2 2H 正极反应 MnO2 H2O e MnOOH OH 电池反应 Zn 2NH4Cl 2MnO2 Zn NH3 2Cl2 2MnOOH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 NH3 2Cl2 以ZnCl2为主的锌 锰电池 氯化锌型电池 Zn ZnCl2 MnO2 负极 4Zn 8e 8H2O ZnCl2 ZnCl2 4Zn OH 2 8H 正极 8MnO2 8H 8e 8MnOOH电池反应 4Zn 8H2O ZnCl2 8MnO2 8MnOOH ZnCl2 4Zn OH 2 碱性介质中的锌 锰电池 碱锰电池 的电池反应 Zn KOH MnO2 负极反应 Zn 2e 2OH Zn OH 2 ZnO H2O正极反应 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 电池反应 Zn 2MnO2 H2O 2MnOOH ZnO或Zn 2MnO2 H2O 2MnOOH Zn OH 2 ZnO H2O Zn MnO2电池的电性能开路电压不同情况下 Zn MnO2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 工作电压极化主要是来自于正极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 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 容量及其影响因素放电制度对容量的影响锰粉的性质对容量的影响电解液的浓度和纯度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 2NH4Cl 2MnO2 Zn NH3 2Cl2 2MnOOH 锌型电池 4Zn 9H2O ZnCl2 8MnO2 8MnOOH ZnCl2 4ZnO 5H2O 反应式不同 无水生成和消耗 消耗大量的水 防漏性能好 不容易漏液 蒸气压 低 高 密封要求高 产物不同 Zn NH3 2Cl2 致密而坚硬的沉淀 ZnCl2 4ZnO 5H2O 水泥效应 小电流间放 大电流连放 锌离子的存在形式 负离子 正离子 负极极化大 负极极化小 pH值 大 小 正极极化大 正极极化小 电液导电能力 好 不好 结论 小电流间放 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 容量高 可大电流连放 放电曲线平稳正极全部采用电解锰 负极为多孔锌电极 电解液KOH溶液的导电能力好 反应产物疏松且部分可溶