第二节锌锰电池

1、第二节第二节 锌二氧化锰电池锌二氧化锰电池 主要内容：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本章重点：正极正极：二氧化锰的反应机理负极负极：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、一、 概述概述（）（）Zn| |MnO2（）（） 锌锰电池的分类锌锰电池的分类 中性锌锰电池中性锌锰电池 NH4Cl+ZnCl2的水溶液 1. NH4Cl型电池 电解液以NH4Cl为主，少量的ZnCl2 Zn|NH4Cl(ZnCl2)|MnO22.Zn

2、Cl2型电池 电解液以ZnCl2为主，少量的 NH4Cl Zn|ZnCl2 (NH4Cl)|MnO2碱性锌锰电池碱性锌锰电池 电解液为KOH的水溶液 Zn|KOH |MnO2特点特点优点：优点：原材料来源丰富，价格便宜；使用方便，不 需维护。缺点：缺点：只适合于小电流间放。二、二、 二氧化锰电极二氧化锰电极 MnO2电极的电化学行为：电极的电化学行为： 质子电子机理质子电子机理 MnO2阴极还原的初级过程阴极还原的初级过程 MnOOH的生成 MnO2HeMnOOHMn3+OH-MnO2阴极还原的次级过程阴极还原的次级过程 MnOOH的转移1. 歧化反应歧化反应 2MnOOH2HMnO2Mn22

3、H2O 2. 固相质子扩散固相质子扩散MnO2阴极还原的阴极还原的控制步骤控制步骤Mn3+Mn4+OH-O2- MnO2的晶型与性能：的晶型与性能： MnO2 MnO2 MnO2 从晶型结构来讲，从晶型结构来讲，MnOMnO2 2的性能应最好，极的性能应最好，极化小，放出的容量大。化小，放出的容量大。三、三、 锌负极锌负极 锌电极的阳极过程锌电极的阳极过程 Zn2e Zn2 在碱性介质中：在碱性介质中：KOH溶液 Zn22OHZn(OH)2 ZnOH2O Zn(OH)22KOHK2 ZnO22 H2O 或 ZnO2 KOHK2 ZnO2H2O在中性介质中：在中性介质中：NH4ClZnCl21.

4、 以NH4Cl为主： Zn22NH4ClZn（NH3）2Cl22H2. 以ZnCl2为主： 4 Zn29 H2O ZnCl2ZnCl24 ZnO5 H2O H 锌负极的极化锌负极的极化 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。锌负极的自放电锌负极的自放电锌电极产生自放电的原因锌电极产生自放电的原因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引起锌电极

5、自放电的主要原因是氢的阴极析出所引起的锌的腐蚀，即出所引起的锌的腐蚀，即吸氢腐蚀吸氢腐蚀影响锌电极自放电的因素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NH4Cl、ZnCl2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：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255. 电池要严格密封四、锌锰电池的电池反应和电性能四、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中性介质中的锌锰电池的电池反应 以以NH4Cl

6、为主的锌锰电池（氯化铵型电池）为主的锌锰电池（氯化铵型电池）（）（） Zn NH4Cl MnO 2 () 负极反应： Zn2NH4Cl2e Zn（NH3）2Cl22H 正极反应： MnO2+H2O+e MnOOH+OH-电池反应： Zn2NH4Cl2MnO2Zn(NH3)2Cl22 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（NH3）2Cl2。 以以ZnCl2为主的锌锰电池（氯化锌型电池）为主的锌锰电池（氯化锌型电池）（）（） Zn ZnCl2 MnO 2 () 负极：4Zn8e8H2O ZnCl2ZnCl24 Zn(OH)28 H 正极： 8MnO28H+8e 8

7、MnOOH 电池反应：4Zn8H2OZnCl28MnO28 MnOOHZnCl24 Zn(OH)2 碱性介质中的锌锰电池（碱锰电池）的电碱性介质中的锌锰电池（碱锰电池）的电池反应池反应（）（） Zn KOH MnO 2 ()负极反应：Zn2 e2OHZn(OH)2 ZnOH2O 正极反应：2MnO2+2H2O+2e2MnOOH2OH 电池反应：Zn2MnO2+H2O2MnOOHZnO 或 Zn2MnO2+H2O2MnOOHZn(OH)2 ZnO H2O Zn-MnO2电池的电性能电池的电性能 开路电压开路电压 不同情况下，不同情况下，Zn-MnOZn-MnO2 2电池的开路电压在电池的开路电压

8、在1.51.51.8V1.8V左右。左右。 负极负极ZnZn的稳定电位大约在的稳定电位大约在0.8V0.8V左右。左右。 正极稳定电位正极稳定电位一般在一般在0.70.71.01.0之间。之间。工作电压工作电压1.1. 极化主要是来自于正极极化主要是来自于正极2.2. 电压的恢复特性电压的恢复特性 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.3.3. 锌锰电池适合小电流间歇放电。锌锰电池适合小电流间歇放电。 欧姆内阻欧姆内阻 中性锌锰电池各部分的欧姆电阻项目锌电极电解液层电芯炭棒合计电阻占总电阻微微0.0522.80.0

9、836.40.0940.90.22100容量及其影响因素容量及其影响因素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贮存性能 自放电五、中性锌锰电池制作工艺五、中性锌锰电池制作工艺 糊式电池糊式电池 结构结构 隔离层采用浆糊层，所以称为糊式电池。属于氯化铵型电池。 特点特点 A.只适合小电流间放 B.成本低。 纸板电池纸板电池 结构结构 采用浆层纸代替糊式电池中的浆糊层作为隔离层。 特点特点 A.容量增大 B.电池内阻减小，放电电流增大l两种类型电池的比较两种类型电池的比较 铵型电池铵型电池 Zn2NH4Cl2MnO2Zn（NH3）

10、2Cl22 MnOOH 锌型电池锌型电池 4Zn9H2OZnCl28MnO2 8MnOOHZnCl24 ZnO5 H2O 电液类型电液类型电导率电导率Sm-1pH值值水蒸气压水蒸气压PaZn2离子状态离子状态氯化锌型氯化锌型氯化铵型氯化铵型15434.65.429332340Zn(H2O)2+ZnCl42差异 氯化铵型 氯化锌型反应式不同无水生成和消耗消耗大量的水防漏性能好，不容易漏液防漏性能好，不容易漏液蒸气压低高密封要求密封要求高高产物不同Zn（NH3）2Cl2，致密而坚硬的沉淀ZnCl24 ZnO5 H2O，水泥效应小电流间放小电流间放大电流连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大负极极化小负极极化小pH值大小正极极化大正极极化大正极极化小正极极化小电液导电能力好好不好不好结论结论小电流间放小电流间放大电流连放、防漏性能好大电流连放、防漏性能好六、碱性锌锰电池制作工艺六、碱性锌锰电池制作工艺特点特点放电性能好：放电性能好： 容量高，可大电流连放，放电曲线平稳1. 正极全部采用电解锰；2.