应用电化学-3-2-一次电池

1、3.2 一次电池一次电池3.2.1 一次电池的通性一次电池的通性3.2.2 锌锰电池锌锰电池3.2.3 其他几种一次电池其他几种一次电池电池放电后不能用充电的方法使它复原的一类电池。一次电池的活性物质（发生氧化还原的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。常见的有：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池、锂电池等。3.2.1 一次电池的通性一次电池的通性方便、简单、容易使用；维修工作量极少；大小和形状可根据用途来设计；贮存寿命长；适当的比能量和比功率；可靠；成本低。可逆性差。对于锌锰电池系列：放电性能差；放电过程中，电压稳定性差；低温条件下，性能恶

2、化。优点缺点3.2.2 锌锰电池锌锰电池n主要内容：主要内容：q锌锰电池概述锌锰电池概述q二氧化锰正极二氧化锰正极q锌负极锌负极q电池反应和电性能电池反应和电性能q中性锌锰电池制作工艺中性锌锰电池制作工艺q碱性锌锰电池制作工艺碱性锌锰电池制作工艺锌锰干电池锌锰干电池（）（）Zn| ? |MnO2（）（） n一、锌锰电池的分类一、锌锰电池的分类1. 中性锌锰电池中性锌锰电池 NH4Cl+ZnCl2的水溶液 lNH4Cl型电池: 电解液以NH4Cl为主，少量的ZnCl2 ()Zn|NH4Cl(ZnCl2)|MnO2 () lZnCl2型电池: 电解液以ZnCl2为主，少量的 NH4Cl () Zn

3、|ZnCl2 (NH4Cl)|MnO2 () 2. 碱性锌锰电池碱性锌锰电池 电解液为KOH的水溶液 () Zn|KOH |MnO2 () 二、二、 二氧化锰电极二氧化锰电极nMnO2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qMnO2阴极还原的初级过程阴极还原的初级过程 MnOOH的生成 MnO2HeMnOOHMn3+OH-nMnO2阴极还原的次级过程阴极还原的次级过程 MnOOH的转移的转移1.歧化反应歧化反应 2MnOOH2HMnO2Mn22H2O 2. 固相质子扩散固相质子扩散Mn3+Mn4+OH-O2-MnO2阴极还原的控制步骤：阴极还原的控制步骤：nMnO2的晶

4、型与性能：的晶型与性能：qMnO2qMnO2qMnO2 从晶型结构来讲，从晶型结构来讲，MnO2的性能应最好，极化小，的性能应最好，极化小，放出的容量大。放出的容量大。三、三、 锌负极锌负极n锌电极的阳极过程锌电极的阳极过程 Zn2e Zn2q在碱性介质中：在碱性介质中：KOH溶液溶液 Zn22OHZn(OH)2Zn(OH)2 2OH Zn(OH)42- ZnOH2O 2OH- q在中性介质中：在中性介质中：NH4ClZnCl21.以以NH4Cl为主：为主： Zn22NH4ClZn（NH3）2Cl22H2.以以ZnCl2为主：为主： 4 Zn29 H2O ZnCl2ZnCl24 ZnO5 H2

5、O Hn锌负极的极化锌负极的极化 与正极与正极MnO2相比，锌负极的极化要小得多。正相比，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。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。化，这时电化学极化就不能忽视了。n锌负极的自放电锌负极的自放电q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氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电3.电解液中的

6、杂质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，即出所引起的锌的腐蚀，即吸氢腐蚀吸氢腐蚀q降低锌负极自放电的措施：降低锌负极自放电的措施：1.加添加剂加添加剂 在金属锌中加入添加剂在金属锌中加入添加剂 在电解液中加入缓蚀剂在电解液中加入缓蚀剂2.保证原材料的质量达到要求保证原材料的质量达到要求3.对电液进行净化对电液进行净化4.贮存电池的温度低于贮存电池的温度低于255.电池要严格密封电池要严格密封四、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n中性介质中的锌锰电池的电

7、池反应中性介质中的锌锰电池的电池反应q以以NH4Cl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：负极反应： Zn2NH4Cl2e Zn（NH3）2Cl22H 正极反应：正极反应： 2MnO2+2H+2e 2MnOOH电池反应：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。q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 Z

8、nCl2 MnO 2 () 负极：负极：4Zn8e9H2O ZnCl2ZnCl24 ZnO5 H2O8 H 正极：正极： 8MnO28H+8e 8MnOOH 电池反应：电池反应：4Zn9H2OZnCl28MnO28 MnOOHZnCl24 ZnO5 H2On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：负极反应：Zn2e4OHZn(OH)42- ZnOH2O 2OH- 正极反应：正极反应：2MnO2+2H2O+2e2MnOOH2OH 电池反应：电池反应：Zn2MnO2+H2O2MnOOHZnO 或或 Zn2

9、MnO2+2H2O 2OH 2MnOOH Zn(OH)42-nZn-MnO2电池的电性能电池的电性能q开路电压开路电压 不同情况下，不同情况下，Zn-MnO2电池的开路电压在电池的开路电压在1.51.8V左右。左右。 负极负极Zn的稳定电位大约在的稳定电位大约在0.8V左右。左右。 正极稳定电位一般在正极稳定电位一般在0.71.0之间。之间。q工作电压工作电压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 小电流间放。q欧姆内阻欧姆内阻 中性锌锰电池各部分的欧姆电

10、阻项目项目锌电极锌电极电解液层电解液层电芯电芯炭棒炭棒合计合计电阻电阻占总电阻占总电阻微微微微0.0522.80.0836.40.0940.90.22100q容量及其影响因素（活性物质填充量、利用率）容量及其影响因素（活性物质填充量、利用率）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q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n糊式电池糊式电池q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。q特点特点 A.只适合小电流间放 B.成本低。 石墨石墨 乙炔黑乙炔黑 NH4Cl Mn 粉粉干拌粉干拌粉混拌粉混拌粉打电芯打

11、电芯包纸（扎线）包纸（扎线） 装配装配 灌浆灌浆 糊化糊化上纸圈下钢帽上纸圈下钢帽憎水炭棒憎水炭棒除油锌筒除油锌筒 钢帽钢帽 ZnCl2 H2O 净化净化 净化净化 过滤过滤NH4Cl内电液内电液外电液外电液HgCl2Tx-10面粉面粉淀粉淀粉配浆液配浆液封口剂封口剂 封口封口 验电验电 产品产品石蜡石蜡沥青沥青松香松香n纸板电池纸板电池q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。q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）2Cl22 MnOOH 锌型电池锌型电池 4Zn9

12、H2OZnCl28MnO2 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高密封要求高产物不同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

13、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n特点特点q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 .q低温性能好：低温性能好： 可以在40的温度下工作KOH水溶液的冰点低；两极的极化较小；负极多孔锌电极，防止了锌电极的钝化。q贮存性能好贮存性能好q目前需注意的问题目前需注意的问题防爬碱；需要强有力的防止自放电的措施，来取代汞。3.2.3 其他几种锌一次电

14、池其他几种锌一次电池n1、锌-氧化汞电池 ( - ) Zn | 浓KOH | HgO, C ( + )电极方程式：负极：正极：Zn + 4OH- -2e- Zn(OH)42-HgO + H2O + 2e- Hg + 2OH-总反应式: Zn + HgO + 2OH- + H2O Hg + Zn(OH)42-E=1.35Vn2、锌空气电池 (-)Zn | 浓KOH | O2, C(+)电极方程式：负极：正极：Zn + 2OH- -2e- ZnO + H2O1/2O2 + H2O + 2e- 2OH-总反应式: Zn + 1/2O2 ZnOE=1.63V3、锌-氧化银电池：( - ) Zn | K

15、OH | Ag2O, C ( + )电极方程式：负极：正极：Zn + 2OH- -2e- ZnO + H2OAg2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH-总反应式: Zn + Ag2O 2Ag + ZnOE=1.605Vn锂电池：负极用金属锂或锂合金或含锂化合物的一类电池的总称。n特点：锂密度仅为0.534gcm-3，理论容量为Zn的4.7倍；锂电负性小，Pauling电负性为0.98，锂电池电压可达4V；质量比能量超过200Whkg-1；工作温度范围宽：-7040oC；比功率大，放电电压平稳。n缺点： 安全性差，价格较高，生产工序复杂。3.2.4 锂电池锂电池1. Li/SO2电池

16、(-)Li | LiBr，乙腈 | SO2, C(+)电极方程式：负极：正极：Li -e- Li+2SO2 + 2e- S2O42-总反应式: 2Li + 2SO2 Li2S2O4E=3.1V2. Li/SOCl2电池 (-)Li | LiAlCl4，SOCl2 | C(+)电极方程式：负极：正极：4Li - 4e- 4Li+2SOCl2 + 4e- 4Cl- + S + SO2总反应式: 4Li + 2SOCl2 4LiCl + S + SO2E=3.65V3. Li/SO2Cl2电池 (-)Li | LiAlCl4，SOCl2 | C(+)电极方程式：负极：正极：2Li - 2e- 2Li+SO2Cl2 + 2e- 2Cl- + SO2总反应式: 2Li + SO2Cl2 2LiCl + SO2E=3.9V4. Li/MnO2电池 (-)Li | LiClO4 + PC + DME | MnO2, C(+)电极方程式：负极：正极：Li - e- Li+MnO2 + Li+ + e- LiMnO2总反应式: Li + Mn