第二章锌锰电池剖析

阳极反应：
Zn 2OH 2e ZnO H2O
阴极反应：
2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH
电池的总反应：
Zn 2MnO2 H2O 2MnOOH ZnO
2.1.4 无汞碱性锌锰电池
在碱性锌锰电池中，汞的添加量为 6~10%(质量)，可有效抑制析氢，防止锌的 腐蚀。
由于污染，现在均采用无汞技术。 1992年，日本、美国和欧洲采用无汞化技术。 2000年，我国低汞化电池大约为50%。 2005年1月1日开始，禁止生产各类汞含量大
于电池重量的0.0001%的电池。
2.2 锌电极材料
锌电极的类型 锌电极的吸氢腐蚀与抑制措施 锌电极的制备
锌电极材料的特点：即使在大电流密 度下工作，也不会产生非常显著的过 电位。由Zn会产生一些副反应，产物 附在电极上，会增加电池的内阻。电 池使用后期或低温使用时，锌电极会 出现钝化，工作性能会急剧下降。
按外形
分类
中性和 酸性锌 锰电池
碱性锌 锰电池
筒式 迭层式 薄层纸式
筒式 扣式
扁平式
2.1.1 勒克朗谢电池
()Zn NH4Cl, ZnCl2 MnO2 C()
正极活性物质用天然MnO2(70~75%) 负极活性物质用Zn筒 隔膜为淀粉糨糊隔离层(糊状物) 电解质不流动，所以又称为干电池 电池性能较低，普通R20型电池的比能
1882年德国科学家G.Leuchs发明 ， 1965年工业化
()Zn KOH MnO2 C()
负极采用汞齐化锌粉，可以抑制 锌的腐蚀（减轻自放电）
用KOH作电解质 电池性能较好，是同类糊式电池
的5~8倍
碱性锌锰电池的特点
负极
采用与普通锌锰电池相反的电极结构， 增大了正负极间的正相极对面积，采用高导 电性的碱性电解液，正负极采用高能电 极材料，所以，碱锰电池的容量和放电 时间是同等型号普通电池的5～8倍，低 温性能两者差距更大，碱锰电池更耐低 温，而且更适合于大电流放电和要求工 作电压比较稳定的用电场合。
电池的总反应：
4Zn 9H2O ZnCl2 8MnO2 ZnCl2 4ZnO5H2O 8Mn百度文库OH
锌锰电池性能的比较
电池性能比干电池要好，普通型电 池的比能量为0.15W.h/cm3(性能较糊 式电池好1.5倍左右)
不同于前面讲的纸式电池，这里是按隔膜进行 分类的。
2.1.3 碱性锌锰电池
控制电流密度和改善物质的传递条件， 如采用多孔电极等。
2.1.2 ZnCl2型纸板电池
()Zn ZnCl2 MnO2 C()
正极活性物质用天然MnO2 负极活性物质用Zn筒 隔膜为浆层纸(纸板) 电解质为氯化锌水溶液
阳极反应：
4Zn H2O ZnCl2 8OH 8e ZnCl2 4ZnO5H2O
阴极反应：
8MnO2 8H2O 8e 8MnOOH 8OH
第二章 锌锰电池
谢颖
黑龙江大学化学化工与材料学院 物理化学教研室
2.1 概述
锌锰电池又称为勒克朗谢电池或锌-二氧 化锰电池，是以金属锌为负极，二氧化 锰为正极，采用不同隔膜和电解质溶液 组成的一种原电池
1868年勒克朗谢制备了第一只以氯化铵 为电解质溶液的锌-锰湿电池
发展历程为：锌锰湿电池-普通干电池-碱 性锌锰电池
Zn 2OH 2e ZnO H2O
实际上，首先发生的是：
Zn 4OH 2e ZnO22 2H2O
先生成沉淀，再在碱性条件下溶解，一旦ZnO22-饱和后开始 析出沉淀
生成物在碱中的溶解度为1~2mol/L，达 到饱和后即会沉淀出ZnO或Zn(OH)2，会阻 止电极反应的继续进行，因此，高电流密度 下锌电极的容量取决于碱溶液的体积。
产量及现状
20世纪70年代，美国和日本碱性电池 的产量电池总产量的85%，并已实现 无汞化，欧洲超过50%。
我国生产的主要是低档次的酸性糊式 普通锌锰电池。2004年，总产量为150 亿只，约占世界总产量的1/3。
目前正在争取年生产碱性锌锰电池50 亿只，以达到世界总产量的1/3。
锌锰电池的优点
温度的影响!!! 为什么？
2.2.1 锌电极类型
锌电
极分 类
锌筒 片状锌 锌合金粉
汞齐锌粉
无汞齐锌粉
有铅 锌粉
无铅 锌粉
几种电池中的锌电极
(1) 勒克朗谢电池中的锌电极
典型的电解液为4.96M ZnCl2。
NH4Cl+0.66M
电池在放电和储存过程中，会发生析
氢反应，氢离子浓度降低，pH值不断
使用方便，安全。 原料来源丰富，价格低廉。(Zn、
MnO2) 可以以中等电流密度放电。 储存寿命较长。
锌锰电池的缺点
不能大电流放电，输出功率较小。 容量较小。(跟什么有关？)
锌锰电池的分类
按电解液的类型来分类 按电池的外型来分类
按电解质
溶液分类
中性锌锰电池 酸性锌锰电池
碱性锌锰电池
量仅为0.08W.h/cm3
阳极反应：
Zn 2NH 4Cl Zn(NH 3 )2 Cl 2 2H 2e
阴极反应：
2MnO2 2H 2e 2MnOOH
电池的总反应：
Zn 2NH 4Cl 2MnO2 Zn(NH 3 )2 Cl 2 2MnOOH
如何提高干电池的性能：
采用MnO2含量为91~93%的电 解二氧化锰代替天然二氧化锰后， 放电容量和时间比干电池提高1.5~2 倍，称为高性能锌锰电池。
升高，在pH为5.1-5.8时，锌以离子进
入溶液，在5.8-7.9范围时，锌表面产
生时Zn不，(N溶ZHn性3)C4Z2l+2n。.2CNl2H.23N晶H体3晶会体溶，解在产大生于7.9
负极的电极电势与PH的关系（电对不同） 5.1-5.8
副反应 5.8-7.9
(2) 碱性锌锰电池中的锌电极
阳极反应：
此外，高电流密度下锌电极会发生钝化，
也会严重影响锌电极的反应性能。
一般，随着锌电极的阳极溶解，锌酸根
的浓度逐渐增大，并趋于饱和，电极表面开 始生成疏松的ZnO或Zn(OH)2，从而减小了 反应的有效表面积，使局部的极化增大，直 到出现钝化现象。
碱液很多，ZnO不饱和 碱液少，ZnO饱和了
防止锌电极外钝化的有效措施是