第3章一次化学电源

1、LOGO郭炳焜，李新海，杨松青郭炳焜，李新海，杨松青 编著编著中南大学出版社（中南大学出版社（2009）第三章第三章一次化学电源一次化学电源第三章第三章 一次化学电源一次化学电源一次一次电池电池概述概述v一次电池由于使用方便，价格便宜，因此，一次一次电池由于使用方便，价格便宜，因此，一次电池的使用量非常巨大，但同时也给环境造成了电池的使用量非常巨大，但同时也给环境造成了很大的压力和危害。很大的压力和危害。v在二次电池技术日益成熟的今天，一次电池将越在二次电池技术日益成熟的今天，一次电池将越来越被环保性好、性能更优异的二次电池所取代。来越被环保性好、性能更优异的二次电池所取代。概述概述v1859

2、年，年，R. G. Plante首先发明了首先发明了铅酸蓄电池铅酸蓄电池，距今已经有近距今已经有近150余年的历史了。余年的历史了。v在近在近10年后的年后的1868年，法国科学家年，法国科学家G. Leclance又第一个发明了又第一个发明了锌锰锌锰干电池干电池。v所谓所谓干电池干电池，是指在电池体系当中的电解质，是指在电池体系当中的电解质不能流不能流动动，如胶态状、糊状，凝胶状电解质等，锌锰电池，如胶态状、糊状，凝胶状电解质等，锌锰电池中的中的NH4Cl+ZnCl2就是不能流动的就是不能流动的淀粉型糊状电淀粉型糊状电解质，解质，所以叫做所以叫做锌锰干电池锌锰干电池。v1882年，德国年，德

3、国G.Leuchs又率先采用浓又率先采用浓KOH溶液溶液代替代替NH4Cl+ZnCl2作为锌锰电池的电解质，从而作为锌锰电池的电解质，从而发明了发明了碱性锌锰电池。碱性锌锰电池。概述概述 巴格达电池巴格达电池 莱顿瓶莱顿瓶 伏打电堆伏打电堆 早期锌锰电池早期锌锰电池 G. Leclance(1839-1882)概述概述但是经过了许多年以后，于但是经过了许多年以后，于1965年才开始进行年才开始进行这种这种碱性锌锰电池碱性锌锰电池的工业化生产。的工业化生产。国内是在国内是在20世纪世纪70年代末期才开始生产年代末期才开始生产碱性锌碱性锌锰电池锰电池。概述概述v为了统一电池型号和规格，国际电工委员

4、会为了统一电池型号和规格，国际电工委员会（IEC）对电池的型号命名进行了标准化。）对电池的型号命名进行了标准化。v通常用通常用13个个字母字母和和18位位数字数字组成标准名称，组成标准名称，前面的前面的字母字母表示电池的外型，后面的表示电池的外型，后面的数字数字表示电表示电池的尺寸。池的尺寸。v下表是常见电池的符号和意义。下表是常见电池的符号和意义。符符号号RSFPCL外外型型形形状状圆圆柱柱型型糊糊式式方方柱柱型型扁扁平平型型氯氯化化锌锌型型纸纸板板型型碱碱性性型型概述概述v根据上表，根据上表，LR表示碱性圆柱型电池。表示碱性圆柱型电池。LR14500（AA型电池），就是通常指的型电池），就

5、是通常指的5号碱性圆柱型电池。号碱性圆柱型电池。v此外，各个国家还有自己的表示方法。如中国有此外，各个国家还有自己的表示方法。如中国有07号电池（数字越小，电池体积越大），此外还号电池（数字越小，电池体积越大），此外还有特殊用途的异型电池。美国有有特殊用途的异型电池。美国有AA型（型（5#），），AAA型（型（7#）等。）等。锌锰电池锌锰电池v筒式锌锰电池一般分为四大类：筒式锌锰电池一般分为四大类：v G. Leclance锌锰电池锌锰电池v 纸板电池纸板电池v 碱性锌锰电池碱性锌锰电池v 无汞锌锰电池无汞锌锰电池重点介绍重点介绍G. Leclance锌锰电池锌锰电池和和碱性锌锰电池碱性锌锰电

6、池两类。两类。筒式锌锰电池结构锌锰电池锌锰电池vG. Leclance锌锰电池：锌锰电池： 这是最经典的干电池，其电解质是不能流动的淀粉这是最经典的干电池，其电解质是不能流动的淀粉浆糊状浆糊状NH4Cl+ZnCl2，其电化学表达式为：，其电化学表达式为： (-)Zn NH4Cl+ZnCl2 MnO2(+) 这种电池所使用的锌筒既充当外壳，又起着负极的这种电池所使用的锌筒既充当外壳，又起着负极的作用，但这种电池的性能很差，现已被淘汰。作用，但这种电池的性能很差，现已被淘汰。v电池放电时的电极反应式为：电池放电时的电极反应式为： 负极：负极： Zn + 2NH4Cl - 2e- Zn(NH3)2C

7、l2 +2H+ 正极：正极：2MnO2 + 2H+ +2e- 2MnOOH锌锰电池锌锰电池电池的总反应式为：电池的总反应式为：Zn+2MnO2+2NH4Cl2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2v碱性锌锰电池碱性锌锰电池：电化学表达式：电化学表达式： (-) Zn KOH MnO2 (+)电池放电时的电极反应式为：电池放电时的电极反应式为：负极：负极：Zn + 2OH- - 2e- Zn(OH)2 ZnO + H2O正极：正极：2MnO2+ 2H2O + 2e- 2MnOOH + 2OH-v电池放电时的总反应式为：电池放电时的总反应式为：Zn + 2MnO2 + 2H2O 2MnOOH + Zn

8、O锌锰电池锌锰电池v纸板电池纸板电池 ： (-)Zn ZnCl2 MnO2(+) 纸板电池的隔膜和电解质与纸板电池的隔膜和电解质与Leclance锌锰电池的锌锰电池的都不同。纸板电池是纸板浆层隔膜，其电解质为都不同。纸板电池是纸板浆层隔膜，其电解质为ZnCl2。v碱性锌锰电池的负极为汞齐化锌粉碱性锌锰电池的负极为汞齐化锌粉，该类电池的性，该类电池的性能非常好，其放电时间是糊式锌锰电池能非常好，其放电时间是糊式锌锰电池(Leclance锌锰电池锌锰电池)的的57倍。其它电池的倍。其它电池的锌负极锌负极也是一样。也是一样。v使用锌汞齐的目的是使用锌汞齐的目的是：为了降低电池的内部极化，为了降低电池

9、的内部极化，提高析氢过电位，从而减小锌负极的腐蚀，延长电提高析氢过电位，从而减小锌负极的腐蚀，延长电极的寿命。极的寿命。v添加金属汞添加金属汞不仅不仅使电池内部极化降低，极化电阻减使电池内部极化降低，极化电阻减小，还能够提高电池的输出电压。小，还能够提高电池的输出电压。锌锰电池锌锰电池v在碱性锌锰电池中，负极采用在碱性锌锰电池中，负极采用锌汞齐锌汞齐的粉末，是因的粉末，是因为为汞汞可以提高锌负极中的可以提高锌负极中的析氢过电位析氢过电位，从而减少负，从而减少负极锌的腐蚀。因此极锌的腐蚀。因此汞汞又被称为又被称为“缓蚀剂缓蚀剂”。v如果将锌锰电池的如果将锌锰电池的汞齐化锌粉汞齐化锌粉换成换成纯锌

10、粉纯锌粉，就变成，就变成了了无汞碱性锌锰电池（无汞碱性锌锰电池（0%Hg）。因为。因为汞汞具有良好具有良好的去极化作用，能够的去极化作用，能够提高析氢过电位，提高析氢过电位，所以完全无所以完全无汞目前还难以做到。但是现在可以选用替代物来实汞目前还难以做到。但是现在可以选用替代物来实现无汞化。现无汞化。v但是由于环保的要求，电池完全无汞化将是必然的但是由于环保的要求，电池完全无汞化将是必然的趋势。趋势。锌锰电池锌锰电池v锌锰电池的工作原理锌锰电池的工作原理二氧化锰二氧化锰(MnO2)电极：初级过程和次级过程电极：初级过程和次级过程初级过程初级过程/反应：反应：MnO2还原为还原为MnOOH有有H

11、2O时：时：MnO2+ H2O + e- MnOOH + OH-有有NH4Cl时：时：MnO2 + NH4Cl + e- MnOOH + NH3 + Cl-次级过程次级过程/反应：反应：MnOOH进一步还原为进一步还原为Mn(OH)2有有H+时：时：2 MnOOH + 2H+ MnO2 + Mn2+ + 2H2O有有H2O时：时：MnOOH + H2O + e- Mn(OH)2 + OH-锌锰电池锌锰电池v碱性锌锰电池和中性锌锰电池放电主要是进行第一碱性锌锰电池和中性锌锰电池放电主要是进行第一步反应，即反应的初级过程步反应，即反应的初级过程/反应，即：反应，即： MnO2还还原为原为MnOOH

12、。初级过程是一个可逆过程。初级过程是一个可逆过程。v二氧化锰电极还原的速率控制步骤：二氧化锰电极还原的速率控制步骤： 1. 在酸性溶液中，在酸性溶液中，歧化反应过程歧化反应过程是速率控制步骤。是速率控制步骤。 2MnOOH + 2H+ MnO2 + Mn2+ + 2H2O 2. 在碱性溶液中，在碱性溶液中，H+扩散过程扩散过程是速度控制步骤。是速度控制步骤。 3. 在中性溶液中，以上两个过程同时起作用。在中性溶液中，以上两个过程同时起作用。碱性锌锰电池碱性锌锰电池v碱性锌锰电池的工作原理碱性锌锰电池的工作原理碱性锌锰电池的电化学表达式：碱性锌锰电池的电化学表达式： (-) Zn KOH(饱和饱

13、和ZnO) MnO2 (+)放电时的电极反应式：放电时的电极反应式：负极：负极： Zn + 2OH- - 2e- Zn(OH)2 ZnO + H2O正极：正极： 2MnO2+ 2H2O + 2e- 2MnOOH + 2OH-碱性锌锰电池碱性锌锰电池v电池放电总反应：电池放电总反应：Zn + 2MnO2 + H2O ZnO + 2MnOOH根据根据Nernst方程，其电动势的表达式为：方程，其电动势的表达式为：或：或：Zn + 2MnO2 + 2H2O Zn(OH)2+ 2MnOOH E = ?2222lnMnOZnH OMnOOHZnOaaaRTEEnFaa碱性锌锰电池碱性锌锰电池v锌电极的腐

14、蚀锌电极的腐蚀-影响自放电的因素影响自放电的因素 锌电极的腐蚀主要是由电池自放电所造成。在锌电极的腐蚀主要是由电池自放电所造成。在强碱强碱性性条件下，锌锰碱性电池的自放电主要由条件下，锌锰碱性电池的自放电主要由Zn-MnO2-H2O共轭体系中的共轭体系中的阴极（正极）阴极（正极）析氢反应析氢反应和和阳极（负极）阳极（负极）氧化反应氧化反应所致。即：所致。即：负极：负极： Zn + 4 OH- - 2e- ZnO22- + 2H2O正极：正极： 2H2O + 2e H2 + 2 OH-总反应：总反应：Zn + 2OH- ZnO22- + H2 该总反应就是腐蚀电池该总反应就是腐蚀电池-锌锰碱性电

15、池（锌负极）自锌锰碱性电池（锌负极）自放电的总反应：放电的总反应： 由此可见，自放电白白消耗了由此可见，自放电白白消耗了负极锌负极锌，并析出，并析出H2。碱性锌锰电池碱性锌锰电池v自放电的后果：自放电的后果：自放电白白消耗了（负极）活性物自放电白白消耗了（负极）活性物质，降低了（负极）活性物质的使用效率，降低了质，降低了（负极）活性物质的使用效率，降低了电池的使用时间和寿命。因此，电池要尽量避免自电池的使用时间和寿命。因此，电池要尽量避免自放电的发生。当然自放电还可能白白消耗正极活性放电的发生。当然自放电还可能白白消耗正极活性物质。物质。碱性锌锰电池碱性锌锰电池v可充碱性锌锰电池可充碱性锌锰电

16、池 MnO2电极：电极： 前已述及，前已述及，MnO2的还原分两步进行（初级过程的还原分两步进行（初级过程/反应与次级过程反应与次级过程/反应）即：反应）即： 初级过程：初级过程：MnO2 MnOOH （可逆）（可逆） 次级过程：次级过程：MnOOH Mn(OH)2 （不可逆）（不可逆）v如果电池放电深度停留在第一步的初级过程，则电如果电池放电深度停留在第一步的初级过程，则电池具有池具有可逆性可逆性，即电池可进行即电池可进行充放电循环充放电循环。即：即： MnO2 MnOOH MnO2 （可逆）（可逆） MnOOH Mn(OH)2 MnOOH （不可逆）（不可逆）碱性锌锰电池碱性锌锰电池根据第

17、一步反应：根据第一步反应： MnO2 + H2O + e- MnOOH + OH-由由Nernst方程，可知其电极电位：方程，可知其电极电位： 根据第二步反应：根据第二步反应： MnOOH + H2O + e- Mn(OH)2 + OH- 由于第二步反应不可逆，因此可充碱性锌锰电池一定由于第二步反应不可逆，因此可充碱性锌锰电池一定要限制其放电深度，一般放电深度控制在要限制其放电深度，一般放电深度控制在35%以以内时可逆性较好。内时可逆性较好。 22( )( )lnlnMnO sH OMnOOH sOHaaRTRTFaFa碱性锌锰电池碱性锌锰电池v一般情况下，放电深度越深，电池循环性能越差，一般

18、情况下，放电深度越深，电池循环性能越差，寿命越短；反之，放电深度越浅，电池的循环性能寿命越短；反之，放电深度越浅，电池的循环性能越好，寿命越长。越好，寿命越长。vMnO2电极的电极的5个影响因素：个影响因素：MnO2晶型，电解液晶型，电解液KOH浓度（浓度（pH值），掺杂值），掺杂/杂质情况，充放电制杂质情况，充放电制度，度， MnO2电极形成的压力等。电极形成的压力等。v严格执行充放电制度严格执行充放电制度是延长可充碱性锌锰电池寿命是延长可充碱性锌锰电池寿命的基本保证。严格限制过充电和过放电，避免次级的基本保证。严格限制过充电和过放电，避免次级过程过程/反应发生。反应发生。锌锰电池锌锰电池v

19、可充碱性锌锰电池的开路电压（可充碱性锌锰电池的开路电压（Vo）为为1.55V，工作电压（工作电压（Vc）为为1.25V，放电终止电压（，放电终止电压（Ve）为为0.91.0V，充电终止电压为，充电终止电压为2.02.5V。v在上述条件下，电池的充放电循环寿命较长，自放在上述条件下，电池的充放电循环寿命较长，自放电率较低，贮存性能也较好。电率较低，贮存性能也较好。v充电是放电的逆过程，充电反应是放电反应的逆反充电是放电的逆过程，充电反应是放电反应的逆反应。应。锌锰电池锌锰电池v无汞锌锰电池：无汞锌锰电池： 无汞锌锰电池就是锌锰电池的无汞化。由于无汞锌锰电池就是锌锰电池的无汞化。由于Hg 具有具有

20、“缓蚀剂缓蚀剂”和提高析氢过电位的作用，从而降低负极和提高析氢过电位的作用，从而降低负极锌的腐蚀。无汞化势必影响锌锰电池的性能，因此，锌的腐蚀。无汞化势必影响锌锰电池的性能，因此，工业上采用了无污染或污染很小的替代工业上采用了无污染或污染很小的替代“缓蚀剂缓蚀剂”。v目前使用较多的替代目前使用较多的替代“缓蚀剂缓蚀剂”主要有：铟主要有：铟 (In)和和锡锡(Sn)。此外还有铋。此外还有铋 (Bi)、铅、铅 (Pb)和铝和铝(Al)等。等。v不同添加元素的作用并不相同，下表列出了几种不同添加元素的作用并不相同，下表列出了几种“缓缓蚀剂蚀剂”的作用。的作用。锌锰电池锌锰电池In抑制氢气产生，降低锌

21、粒表面接触电阻。抑制氢气产生，降低锌粒表面接触电阻。Sn增大析氢过电位，抑制氢气析出。增大析氢过电位，抑制氢气析出。Bi加入量必须适当。放电时，锌粉的析气量随加入量必须适当。放电时，锌粉的析气量随Bi量的增量的增加而减小；但过放电时，锌粉的析气量随加而减小；但过放电时，锌粉的析气量随Bi量的增加量的增加而增大。而增大。Pb增大析氢过电位，抑制氢气析出。增大析氢过电位，抑制氢气析出。Al降低锌粉析氢活性，增强缓蚀效果。降低锌粉析氢活性，增强缓蚀效果。Fe,Co,Ni,Cu,Pt, Pd析氢过电位较小的元素，属于有害元素，在电池中需析氢过电位较小的元素，属于有害元素，在电池中需要严格限制其含量。要

22、严格限制其含量。锌锰电池锌锰电池v电池用二氧化锰：二氧化锰有很多种：电池用二氧化锰：二氧化锰有很多种：（1）硬锰矿）硬锰矿( -MnO2)（2）软锰矿）软锰矿( -MnO2)（3）斜方锰矿）斜方锰矿( -MnO2)（4）水锰矿）水锰矿( -MnOOH)（5）菱锰矿）菱锰矿(MnCO3)v根据不同来源，根据不同来源，MnO2可分为：可分为： 天然天然MnO2 (NMD) ；化学；化学MnO2 (CMD) ；电解；电解MnO2 (EMD) 。v活性物质常用活性物质常用 -MnO2和和 -MnO2。锌锰电池锌锰电池v锌锰电池材料和锌锰电池的制造工艺锌锰电池材料和锌锰电池的制造工艺 正极：正极：常用高

23、纯度的电解常用高纯度的电解MnO2 （ -MnO2 ）；）； 可充碱性锌锰电池多用高纯度的可充碱性锌锰电池多用高纯度的 -MnO2 ； 负极：负极：常用高纯度的锌粉，对铁含量有严格限制。常用高纯度的锌粉，对铁含量有严格限制。 碱性锌锰电池的负极常用汞齐化锌粉或合金锌粉。碱性锌锰电池的负极常用汞齐化锌粉或合金锌粉。 电解质溶液：电解质溶液：35%40%的的KOH 溶液。溶液。 制造工艺：制造工艺：电极制作多采用电极制作多采用卷绕式卷绕式和和叠片式叠片式。锌锰电池锌锰电池v锌锰电池的主要性能锌锰电池的主要性能 包括：电动势、开路电压、工作电压，电池内阻、包括：电动势、开路电压、工作电压，电池内阻、

24、放电容量和贮存性能等。放电容量和贮存性能等。（1）电动势：电动势：根据根据MnO2晶型和质量不同，一般在晶型和质量不同，一般在1.4V1.6V之间。之间。（2）开路电压：开路电压：1.5V1.8V（3）工作电压：工作电压：1.25V1.55V（4）电池内阻：电池内阻：不大于不大于1 （5）放电容量：放电容量：与放电制度有关，一般比能量不小与放电制度有关，一般比能量不小于于55Wh/kg。（6）贮存性能：贮存性能：普通锌锰电池普通锌锰电池13年。碱性锌锰电年。碱性锌锰电池达池达58年。年。锌汞电池锌汞电池v锌汞电池：即锌汞电池：即 锌锌-氧化汞电池氧化汞电池。v锌汞电池的优点与缺点锌汞电池的优点

25、与缺点优点：优点：体积比能量高，放电平台优良，贮存性能好，体积比能量高，放电平台优良，贮存性能好，放电平稳。放电平稳。缺点：缺点：由于使用了汞，对环境污染大。由于使用了汞，对环境污染大。主要用途：主要用途：小型医疗仪器，电子手表，助听器，袖珍小型医疗仪器，电子手表，助听器，袖珍计算器，记忆电源等。计算器，记忆电源等。锌汞电池工作原理锌汞电池工作原理v锌汞电池的电化学表达式为：锌汞电池的电化学表达式为： (-) Zn KOH HgO (C) (+)负极放电反应：负极放电反应： Zn + 2OH- - 2e- Zn(OH)2 ZnO + H2O (-1.245V)正极放电反应：正极放电反应： Hg

26、O + H2O + 2e- Hg + 2OH- (0.98V)电池放电总反应：电池放电总反应： Zn + HgO Hg +ZnO电池的标准电动势：电池的标准电动势：0.98-(-1.245)=2.225V锌汞电池锌汞电池v锌汞电池的结构及制造工艺：锌汞电池的结构及制造工艺：负极：负极：锌汞齐粉末，含汞量不大于锌汞齐粉末，含汞量不大于10%；正极：正极：红色红色HgO+C(石墨粉石墨粉)，石墨含量不大于，石墨含量不大于15%；隔膜：隔膜：离子透过性牛皮纸；离子透过性牛皮纸；电解质：电解质：35%40%的的KOH溶液；溶液；电极制作：电极制作：压结式和锌箔式。压结式和锌箔式。v汞齐化的方法汞齐化的

27、方法（1）Zn + HgCl2ZnCl2 + Hg （Zn大大过量）大大过量）（2）Zn + Hg Zn(Hg)锌汞电池锌汞电池v锌汞齐中杂质除去及检测：锌汞齐中杂质除去及检测： HgCl2 + 2OH- HgO + H2O + 2Cl- ZnO + 2HCl ZnCl2 + H2O Ag+ + Cl- AgCl（AgNO3溶液检测溶液检测Cl-）v汞齐化锌粉的汞含量通常为汞齐化锌粉的汞含量通常为10%15%(质量分质量分数数) ，一般小于，一般小于10%，视密度（松装密度）为，视密度（松装密度）为1.62.0。v锌汞电池除了体积比能量高，放电平台优良，贮存锌汞电池除了体积比能量高，放电平台优

28、良，贮存性能好，放电平稳等优点外，还具有受温度影响小性能好，放电平稳等优点外，还具有受温度影响小、活性物质利用率高的优点。、活性物质利用率高的优点。锌银电池锌银电池v锌银电池的工作方式：锌银电池的工作方式： 锌银电池可以有一锌银电池可以有一次电池次电池和和二次电池二次电池两种。两种。 从外型上有扁形从外型上有扁形(B) 和矩形和矩形(F)两种。两种。 扁形就是通常所说的扣式。扁形就是通常所说的扣式。v锌银电池的优缺点：锌银电池的优缺点： 优点：优点：放电电压平坦，自放电率小，贮存时间长，放电电压平坦，自放电率小，贮存时间长，比能量和比功率大等。比能量和比功率大等。 缺点：缺点：由于含有贵金属银

29、，所以成本较高。由于含有贵金属银，所以成本较高。锌银电池锌银电池v锌银电池的电化学表达式为：锌银电池的电化学表达式为： (-) Zn KOH Ag2O (AgO) (+)v锌银电池是以锌为负极，氧化银为正极，锌银电池是以锌为负极，氧化银为正极，KOH为电为电解质的一次解质的一次(或二次或二次)电池。电池。v放电反应：放电反应：负极：负极：Zn + 2OH- - 2e- Zn(OH)2 ZnO + H2O正极：正极：Ag2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH-电池总反应：电池总反应： Zn + Ag2O 2Ag +ZnO锌银电池锌银电池v由于锌银电池的正极含有由于锌银电池的正极含有Ag

30、O和和Ag2O两种氧化形两种氧化形态，根据还原后的物质不同，其电极电位也不一样态，根据还原后的物质不同，其电极电位也不一样，所以电池的电动势也不一致。一般情况下有以下，所以电池的电动势也不一致。一般情况下有以下四种组合：四种组合：v氧化产物氧化产物-还原产物：还原产物： 电动势电动势 （1）Zn(OH)2-Ag2O： 1.856V （2）Zn(OH)2-Ag： 1.594V （3）ZnO -Ag2O： 1.867V （4）ZnO -Ag： 1.605V锌银电池锌银电池v由于锌银电池的上述特性，所以锌银电池既可以做由于锌银电池的上述特性，所以锌银电池既可以做成高能一次电池，又可以做成可充（二次）

31、电池。成高能一次电池，又可以做成可充（二次）电池。最常用做贮备电池，用于航天、导弹的电源。最常用做贮备电池，用于航天、导弹的电源。v锌银电池的开路电压（或电动势）与环境的锌银电池的开路电压（或电动势）与环境的pH无无关，仅仅取决于正极和负极物质的标准电极电位。关，仅仅取决于正极和负极物质的标准电极电位。锌锌- -空气电池空气电池v什么是锌什么是锌-空气电池？空气电池？ 锌锌-空气电池空气电池就是以锌作为负极活性物质，以空气就是以锌作为负极活性物质，以空气中的氧气作为正极活性物质所构成的一次电池。中的氧气作为正极活性物质所构成的一次电池。 以纯氧气作为正极活性物质的，叫做以纯氧气作为正极活性物质

32、的，叫做锌锌-氧电池。氧电池。锌锌- -空气电池空气电池v锌锌-空气电池的特点空气电池的特点v 比能量高（理论比能量高达比能量高（理论比能量高达1350Wh/kg）实）实际比能量已经可达际比能量已经可达300Wh/kg以上；以上；v 工作电压平稳，放电平台好；由于正极使用的是工作电压平稳，放电平台好；由于正极使用的是空气，因此其成本很低；空气，因此其成本很低；v 安全性能好。安全性能好。锌锌- -空气电池空气电池v锌锌-空气电池的用途空气电池的用途v 江河航标灯电源；江河航标灯电源；v 野外工作人员（地质勘探人员、科考人员等）的野外工作人员（地质勘探人员、科考人员等）的 便携式通讯机电源；便携

33、式通讯机电源；v 雷达电源等；雷达电源等；1. 小型高性能扣式电池还适合作小功率电源。小型高性能扣式电池还适合作小功率电源。锌锌- -空气电池的工作原理空气电池的工作原理v锌锌-空气电池的工作原理空气电池的工作原理电化学表达式为：电化学表达式为：(-) Zn KOH O2 (air, C/Pt) (+)电极反应为：电极反应为：负极：负极：Zn + 2OH- - 2e- Zn(OH)2 ZnO + H2Ov负极的电极电位：负极的电极电位：锌锌- -空气电池空气电池v正极：正极：1/2O2 + H2O + 2e- 2OH-正极的电极电位：正极的电极电位：电池总反应：电池总反应：Zn + 1/2O2

34、 ZnOv锌锌-空气电池的电动势：空气电池的电动势：E = + - - = E0 + ？锌锌- -空气电池空气电池v锌锌-空气电池的正极结构空气电池的正极结构 锌锌-空气电池的正极以空气中的氧气为活性物质，空气电池的正极以空气中的氧气为活性物质，通过通过含银（含银（Ag）或铂（）或铂（Pt）的活性炭载体做成的）的活性炭载体做成的电极电极进行反应和工作。银、铂、镍等金属起氧电极进行反应和工作。银、铂、镍等金属起氧电极的催化剂的作用。的催化剂的作用。v为了在碳电极上获得较大的电流密度，必须加速氧为了在碳电极上获得较大的电流密度，必须加速氧的输运速率，的输运速率，气体扩散电极气体扩散电极具有加速气体

35、输运的功具有加速气体输运的功能。因此，锌能。因此，锌-空气电池的氧电极都采用憎水型空气电池的氧电极都采用憎水型气气体扩散电极。体扩散电极。 锌锌- -空气电池空气电池v锌锌-空气电池的结构空气电池的结构 常见的锌常见的锌-空气电池有两种结构：即空气电池有两种结构：即矩形矩形(F)结构结构和和扣式扣式(B)结构结构。v矩形结构矩形结构正极：正极：聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）型空气电极；）型空气电极；负极：负极：由汞齐化锌粉压制而成的锌电极；由汞齐化锌粉压制而成的锌电极；隔膜：隔膜：维尼龙纸、石棉纸或水化纤维素膜等。维尼龙纸、石棉纸或水化纤维素膜等。锌锌- -空气电池空气电池v锌锌-空气电池

36、的制造工艺空气电池的制造工艺气体扩散电极：气体扩散电极：气体扩散电极由防水透气层、催化气体扩散电极由防水透气层、催化层和导电骨架网组成。上述三层经加热、压合而成层和导电骨架网组成。上述三层经加热、压合而成聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）型空气电极。）型空气电极。根据所用憎水剂的不同，它主要有两种类型。即：根据所用憎水剂的不同，它主要有两种类型。即：聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）型电极和聚乙烯（）型电极和聚乙烯（PE）型）型电极。电极。催化层由活性炭与聚四氟乙烯（催化层由活性炭与聚四氟乙烯（PTFE）的混合物复）的混合物复合而成，质量比合而成，质量比3:1。锌锌- -空气电池空气电池锌锌-空气电池的制造工艺空气电池的制造工艺导电骨架网是由导电骨架网是由0.1mm厚的铜箔在氢气炉中退火后厚的铜箔在氢气炉中退火后冲压而成。冲压而成。防水层也是由活性炭与聚四氟乙烯（防水层也是由活性炭与聚四氟乙烯（PTFE）的混合）的混合物复合而成，质量比物复合而成，质量比1:3。导电骨架网的极耳常用导电骨架网的极耳常用银箔银箔裁减后经激光焊接而成裁减后经激光焊接而成。锌锌- -空气电池空气电池v锌负极的制造方法与工艺锌负极的制造方法与工艺锌负极制造常用：压成法、化成法、涂膏法、烧结锌负极制造常用：压成法、化成法、涂膏法、烧结法、电沉积法等。法、电沉积法等。这五种方法各有其优缺点，但目前