碱性锌锰电池全解

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化学电源工艺学
2 二氧化锰正极
二氧化锰电极反应机理——质子-电子机理
MnO2阴极还原的初级过程 ( MnOOH的生成)：
MnO2＋H＋＋e→MnOOH
MnO2阴极还原的次级过程 (MnOOH的转移)：
（1）固相质子扩散实现MnOOH 转移，叫做“固相浓差极化”。
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化学电源工艺学
2 二氧化锰正极
电池符号： (-) Zn|KOH|MnO2 (+)
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化学电源工艺学
1 锌锰电池概述
碱性锌锰电池的特点

放电性能好：容量高，可大电流连放，放电曲线平稳
1. 2. 3. 4.
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 。

低温性能好： 可以在－40℃的温度下工作
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化学电源工艺学
3 锌wenku.baidu.com极
金属锌是电池的负极活性物质。
锌电极的阳极氧化过程
在以KOH溶液中（碱性电池） Zn ＋ 2OH− − 2e− → Zn(OH)2 ⇌ ZnO ＋ H2O
锌负极自放电（电池自放电的主要来源）
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（主因） 氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电
1. 2.
KOH水溶液的冰点低； 两极的极化较小；

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。
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化学电源工艺学
2 二氧化锰正极
二氧化锰
MnO2是决定电池性能的主要原材料之一。电池工业上所用的MnO2(常称 锰粉)有四种：天然锰粉(天然软锰矿)、电解锰粉、活化锰粉和化学锰粉。电 解MnO2由电解硫酸锰溶液制得： Mn2+ + 2H2O → MnO2 + 4H+ + 2e 电解锰粉纯度高，有害杂质少，电化学活性好，采用电解锰粉是提高锌 锰干电池电容量的有效方法。
2、锌锰电池中锌电极产生自放电的原因？影响其自放电的因素主要 有哪些？
3、如何降低锌负极的自放电？ 4、分析锌锰电池各部分组成及作用 。
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化学电源工艺学
第二讲 碱性锌锰电池
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化学电源工艺学
知识点回顾
什么是化学电源？ 正极？负极？ 阴极？阳极？
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化学电源工艺学
主要内容
1. 锌锰电池概述 2. 二氧化锰正极
3. 锌负极 4. 碱性锌锰电池性能 5. 碱性锌锰电池制作工艺
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化学电源工艺学
1 锌锰电池概述
（－）Zn| 电解液 |MnO2（＋）
3、隔膜：采用耐碱性和吸水良好的纸为基体，再涂布浆料层。 4、负极：采用含汞量为4%的汞齐锌粉。 装配时先把环行炭包装入炭素壳中，适当压实，使二者有很好的接 触。再将浆糊纸卷成管型插入炭包中间。然后将和好的锌膏装入隔膜筒 内，最后插入铜钉做负极集流体。
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化学电源工艺学
本节思考题：
1、锌锰电池的工作原理是什么？
二氧化锰电极反应机理——质子-电子机理
MnO2阴极还原的控制步骤： 次级过程为控制步骤，即水锰石的转移是控制步骤，MnO2阴极极化主 要是由于MnOOH转移的缓慢所造成的。 锌锰电池工作电压下降的主要原因： 由于H+在固相中的扩散速 度非常缓慢，从而导致正 极发生严重极化，正极电
位下降。
锌锰电池放电电压及电极电位随时间的变化曲线
天然MnO2
电解MnO2车间
电解MnO2粉体
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化学电源工艺学
2 二氧化锰正极
二氧化锰电极反应
目前公认二氧化锰电极反应有两个：
MnO2 4H 2e Mn 2 2H 2O MnO2 H 2O e MnOOH OH
（2-1） （2-2）
通过对产物的分析，表明Mn2+是少量的，Mn3+化合物MnOOH 是主要的，所以（2-2）式是主要反应。
铵型电池 (pH=5.4) 中性电池 Zn-MnO2 电池按 电解液 性质分 碱性电池 二次碱性电池 锌型电池 (pH=4.6)
糊式电池(普通型) 纸板电池(高容量)
纸板电池(高功率)
一次碱性电池
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化学电源工艺学
1 锌锰电池概述
碱性锌锰电池
正极：电解MnO2粉 负极：锌粉 电解液：KOH水溶液 其放电时间大约是同类糊式电池的5～7倍。
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化学电源工艺学
6 碱性锌锰电池制作工艺

电池结构
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化学电源工艺学
6 碱性锌锰电池制作工艺

工艺流程：
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化学电源工艺学
6 碱性锌锰电池制作工艺
碱性锌锰电池的组成及作用：
1、炭素壳：用石墨做原料，添加石蜡等粘合剂和防水剂，压成型，作 为电池的正极集流体。
2、正极炭包：用电解锰、石墨按一定配比，并加入KOH溶液（蒸馏 水）混合，压成筒状环式炭包。
原料丰富 成本低廉
结构简单 携带方便
在民用领域有很强的竞争力，侧重于小 电流或间歇方式供电。
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化学电源工艺学
1 锌锰电池概述
锌锰电池是法国科学家Leclanche于1968年发明的。 锌棒
碳棒
MnO2粉 +碳粉 多孔 陶瓷管 玻璃瓶
Leclanche电池结构图
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化学电源工艺学
1 锌锰电池概述
锌锰电池的分类

电解液中的杂质所引起的锌电极的自放电
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化学电源工艺学
3 锌负极
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
对电解液进行净化 贮存电池的温度低于25℃

电池要严格密封
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化学电源工艺学
5 碱性锌锰电池的性能
碱锰电池的开路电压约为1.55V，工作电压约为1.25V。 电池内阻小，在快速放电时能提供足够的容量，而且在低温(-20℃)下， 其放电容量相当于中性干电池室温下的数量。 放电曲线相当平坦，放电到终止电压(0.9V)时，放电量明显高于中性 锌锰电池。