堿性干電池和的碳芯鋅筒電池工作原理分析

    1．酸性鋅錳干電池

    酸性鋅錳干電池是以鋅筒作為負極，并經汞齊化處理，使表面性質更為均勻，以減少鋅的腐蝕，提高電池的儲藏性能，正極材料是由二氧化錳粉、氯化銨及碳黑組成的一個混合糊狀物。正極材料中間插入一根碳棒，作為引出電流的導體。在正極和負極之間有一層增強的隔離紙，該紙浸透了含有氯化銨和氯化鋅的電解質溶液，金屬鋅的上部被密封。這種電池是19世紀60年代法國的勒克蘭謝（Leclanche）發明的，故又稱為勒克蘭謝電池或炭鋅干電池，可表示為：（－）Zn｜NH4Cl（20％）ZnCl2｜MnO2，C（＋）

    盡管這種電池的歷史悠久，但對它的電化學過程尚未完全了解，通常認為放電時，電池中的反應如下：正極為陰極，錳由四價還原為三價

    2MnO2＋2H2O＋2e→2MnO(OH)＋2OH－

    負極為陽極，鋅氧化為二價鋅離子：

    Zn＋2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2＋2H＋＋2e

    總的電池反應為：

    2MnO2＋Zn＋2NH4Cl→2MnO(OH)＋Zn(NH3)2Cl2

    實踐經驗表明，該電池的電流—電壓特性和二氧化錳的來源有關，也直接地依賴于錳的氧化價態、晶粒的大小及水化程度等。目前已全部以ZnCl2電解液代替NH4Cl，充分說明Zn2＋與Cl－配合[ZnCl4]2－，而不必有NH4＋存在，放電前pH＝5，放電后pH上升到pH＝7為中性。

    該電池的特點：（1）開路電壓為1．55V～1．70V；（2）原材料豐富，價格低廉；（3）型號多樣1號～5號；（4）攜帶方便，適用于間歇式放電場合。缺點是：在使用過程中電壓不斷下降，不能提供穩定電壓，且放電功率低，比能量小，低溫性能差，在－20℃即不能工作。在高寒地區只可使用堿性鋅錳干電池。

    2．堿性鋅錳干電池

    堿性鋅錳電池簡稱堿錳電池，它是在1882年研制成功，1912年就已開發，到了1949年才投產問世。人們發現，當用KOH電解質溶液代替NH4Cl做電解質時，無論是電解質還是結構上都有較大變化，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。它的電池表達式為：

    （－）Zn｜KOH，K2[Zn(OH)4]｜MnO2，C（＋）

    它的電極反應如下：

    正極為陰極反應：

    MnO2＋H2O＋e→MnO(OH)＋OH－

    MnO(OH)在堿性溶液中有一定的溶解度

    MnO(OH)＋H2O＋OH－→Mn(OH)4－

    Mn(OH)4－＋e→Mn(OH)42－

    負極為陽極反應：

    Zn＋2OH－→Zn(OH)2＋2e

    Zn(OH)2＋2OH－→Zn(OH)42－

    總的電池反應為：

    Zn＋MnO2＋2H2O＋4OH－→Mn(OH)42－＋Zn(OH)42－

    由于正極為陰極反應不全是固相反應，負極為陽極反應是可溶性的Zn(OH)42－，故內阻小，放電后電壓恢復能力強。堿性鋅錳電池采用了高純度、高活性的正、負極材料，以及離子導電性強的堿作為電解質，使電化學反應面積成倍增長。它的特點：（1）開路電壓為1.5V；（2）工作溫度范圍寬在－20℃～60℃之間，適于高寒地區使用；（3）大電流連續放電其容量是酸性鋅錳電池的5倍左右；（4）它的低溫放電性能也很好。