堿性鋅錳電池

1、 化學(xué)電源工藝學(xué) 1第二講 堿性鋅錳電池 化學(xué)電源工藝學(xué) 2知識點(diǎn)回顧n 什么是化學(xué)電源？n 正極？負(fù)極？n 陰極？陽極？ 化學(xué)電源工藝學(xué) 3主要內(nèi)容 化學(xué)電源工藝學(xué) 41 鋅錳電池概述（）Zn| 電解液 |MnO2（） 在民用領(lǐng)域有很強(qiáng)的競爭力，側(cè)重于小電流或間歇方式供電。 化學(xué)電源工藝學(xué) 51 鋅錳電池概述鋅錳電池是法國科學(xué)家Leclanche于1968年發(fā)明的。碳棒MnO2粉+碳粉鋅棒多孔陶瓷管玻璃瓶Leclanche電池結(jié)構(gòu)圖 化學(xué)電源工藝學(xué) 6Zn-MnO2電池按電解液性質(zhì)分中性電池堿性電池銨型電池(pH=5.4)鋅型電池(pH=4.6)一次堿性電池二次堿性電池紙板電池(高功率)糊式

2、電池(普通型)紙板電池(高容量)1 鋅錳電池概述l 鋅錳電池的分類 化學(xué)電源工藝學(xué) 7 l堿性鋅錳電池正極：電解MnO2粉負(fù)極：鋅粉電解液：KOH水溶液其放電時間大約是同類糊式電池的57倍。 電池符號： (-) Zn|KOH|MnO2 (+)1 鋅錳電池概述 化學(xué)電源工藝學(xué) 8l 堿性鋅錳電池的特點(diǎn)放電性能好：容量高，可大電流連放，放電曲線平穩(wěn)正極全部采用電解錳；負(fù)極為多孔鋅電極；電解液KOH溶液的導(dǎo)電能力好；1.反應(yīng)產(chǎn)物疏松且部分可溶 。低溫性能好： 可以在40的溫度下工作KOH水溶液的冰點(diǎn)低；兩極的極化較小；需注意的問題： 防爬堿爬堿； 需要強(qiáng)有力的防止自放電的措施，來取代汞。1 鋅錳電池

3、概述 化學(xué)電源工藝學(xué) 9l 二氧化錳 MnO2是決定電池性能的主要原材料之一。電池工業(yè)上所用的MnO2(常稱錳粉)有四種：天然錳粉(天然軟錳礦)、電解錳粉、活化錳粉和化學(xué)錳粉。電解MnO2由電解硫酸錳溶液制得： Mn2+ + 2H2O MnO2 + 4H+ + 2e 電解錳粉純度高，有害雜質(zhì)少，電化學(xué)活性好，采用電解錳粉是提高鋅錳干電池電容量的有效方法。2 二氧化錳正極電解MnO2車間電解MnO2粉體天然天然MnOMnO2 2 化學(xué)電源工藝學(xué) 10目前公認(rèn)二氧化錳電極反應(yīng)有兩個： 通過對產(chǎn)物的分析，表明Mn2+是少量的，Mn3+化合物MnOOH是主要的，所以（2-2）式是主要反應(yīng)。（2-1）（

4、2-2）22222422MnOHeMnH OMnOH O eMnOOHOH l 二氧化錳電極反應(yīng)2 二氧化錳正極 化學(xué)電源工藝學(xué) 11MnO2陰極還原的初級過程( MnOOH的生成)：MnO2HeMnOOHMnO2陰極還原的次級過程(MnOOH的轉(zhuǎn)移)：（1）固相質(zhì)子擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)MnOOH轉(zhuǎn)移，叫做“固相濃差極化”。l 二氧化錳電極反應(yīng)機(jī)理質(zhì)子-電子機(jī)理2 二氧化錳正極 化學(xué)電源工藝學(xué) 12MnO2陰極還原的控制步驟：次級過程為控制步驟，即水錳石的轉(zhuǎn)移是控制步驟，MnO2陰極極化主要是由于MnOOH轉(zhuǎn)移的緩慢所造成的。鋅錳電池工作電壓下降的主要原因：由于H+在固相中的擴(kuò)散速度非常緩慢，從而導(dǎo)致正極

5、發(fā)生嚴(yán)重極化，正極電位下降。l 二氧化錳電極反應(yīng)機(jī)理質(zhì)子-電子機(jī)理2 二氧化錳正極鋅錳電池放電電壓及電極電位隨時間的變化曲線 化學(xué)電源工藝學(xué) 13金屬鋅是電池的負(fù)極活性物質(zhì)。3 鋅負(fù)極l 鋅電極的陽極氧化過程 在以KOH溶液中（堿性電池）Zn 2OH 2e Zn(OH)2 ZnO H2O 鋅電極產(chǎn)生自放電的原因氫離子的陰極還原所引起的鋅的自放電（主因）氧的陰極還原所引起的鋅電極的自放電電解液中的雜質(zhì)所引起的鋅電極的自放電l 鋅負(fù)極自放電（電池自放電的主要來源） 化學(xué)電源工藝學(xué) 14 加添加劑 在金屬鋅中加入添加劑 在電解液中加入緩蝕劑 保證原材料的質(zhì)量達(dá)到要求 對電解液進(jìn)行凈化 貯存電池的溫度

6、低于25 電池要嚴(yán)格密封3 鋅負(fù)極l 降低鋅負(fù)極自放電的措施 化學(xué)電源工藝學(xué) 15 堿錳電池的開路電壓約為1.55V，工作電壓約為1.25V。 電池內(nèi)阻小，在快速放電時能提供足夠的容量，而且在低溫(-20)下，其放電容量相當(dāng)于中性干電池室溫下的數(shù)量。 放電曲線相當(dāng)平坦，放電到終止電壓(0.9V)時，放電量明顯高于中性鋅錳電池。5 堿性鋅錳電池的性能 化學(xué)電源工藝學(xué) 16l 電池結(jié)構(gòu)6 堿性鋅錳電池制作工藝 化學(xué)電源工藝學(xué) 17l 工藝流程：6 堿性鋅錳電池制作工藝 化學(xué)電源工藝學(xué) 18 2、正極炭包：用電解錳、石墨按一定配比，并加入KOH溶液（蒸餾水）混合，壓成筒狀環(huán)式炭包。 4、負(fù)極：采用含汞量為4%的汞齊鋅粉。 3、隔膜：采用耐堿性和吸水良好的紙為基體，再涂布漿料層。 1、炭素殼：用石墨做原料，添加石蠟等粘合劑和防水劑，壓成型，作為電池的正極集流體。 裝配時先把環(huán)行炭包裝入炭素殼中，適當(dāng)壓實(shí)，使二者有很好的接觸。再將漿糊紙卷成管型插入炭包中間。然后將和好的鋅膏裝入隔膜筒內(nèi)，最后插入銅釘做負(fù)極集流體。 堿性鋅錳電池的組成及作用：6 堿性鋅錳