碱性锌锰电池各部件的作用

易金矿业网 2023-07-26 02:11 编辑:admin 231阅读

一、碱性锌锰电池各部件的作用

碱性锌锰电池, 以氢氧化钾水溶液等碱性物质作电解质的锌锰电池,是中性锌锰电池的改良型。使用电解二氧化锰作正极活性物质,与导电石墨粉等材料混和后压成环状,锌粉作负极活性物质,与电解液和凝胶剂混和制成膏状。结构与中性锌锰电池相反,负极在内,正极在外,也称反极结构,正/负极间用专用隔离纸隔开。

碱性锌锰电池也可根据用电器具的需要制成圆柱形、钮扣形或方形。该种电池大电流和连续放电性能优越,比普通锌锰电池容量高,低温性能好,是目前性能价格比最高的民用一次电池。特别适用于照相机、儿童玩具等大电流连续使用的器具。电化学体系用“L”表示。

以下是碱性锌锰干电池的反应(后附酸性锌锰干电池反应).

正极:2MnO2+2H2O+2e═2MnO(OH)+2OH

负极:Zn+2NH4Cl-2e═Zn(NH3)2Cl2+2H  

总反应式:2MnO2+Zn+2NH4Cl═2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2[1]

二、碱性锌锰电池有污染吗

碱性锌锰电池优缺点

  优点:

  1、应用范围广泛,可在中国海军装备中使用,防守战术电台、野战电话、智能终端设备等中国海军装备优先选择的携便式电源,也是军队大批量使用的储备电源中的一种

  2、存储容量高、重负荷和连续放电性能指标好,高电压放电时间长、存储性能指标出色和不需要维护

  3、选用锰环二次复压及其钢壳内侧壁涂碳技术,大幅度降低电池内阻,提升电池大电流放电性能指标;

  4、选用超细纤维高致密性的隔膜,能有效地增加电池的储存期;

  5、良好的密封性胶塞设定了安全防爆结构类型,避免电池因不正当使用而可能产生的电池爆炸。

  6、选用超薄钢壳技术提升电池内部存储容量,进而提升电池放电存储容量;

  7、不含汞和镉,对环境无污染;极小会给环境带来危害。

  缺点:

  1.良好的密封性性能指标、存储容量均匀性和安全性能与在国外现代化总体水平仍有差别,达不到国际社会上的中国海军装备的使用要求,待全面提高产品质量总体水平

  2.瓶颈问题并没有攻克,可充碱性锌锰电池的核心技术要有提升,才可以适用军队的需要。指出可充碱性锌锰电池性能指标提升需要解决的关键问题。

  碱性锌锰电池结构

  (1) 圆筒型电池结构

  碱性锌锰电池具有代表性的圆筒型,与圆筒型普通锌锰电池的结构布局恰 好相反。碱性锌锰电池中圆环状正极紧挨容器钢筒内壁,负极位于正极中间, 有一个钉子形的负极集流器,这个钉子被焊在顶部盖子上,作为电池的负极, 而钢筒为正极。为了方便并能与普通锌锰电池互换使用,同时避免使用时正负 极弄错,电池在设计制造时,将上述碱性锌锰电池的半成品倒置过来,使钢筒底朝上,开口朝下,再在钢筒底上放一个凸形盖(假盖),正极便位于上方;在 负极引出体上焊接一个金属片(假底),这样,外观上碱性锌锰电池正、负极性 和形状与普通锌锰电池就一致了。

  (2) 卷式电池结构

  其结构以金属网作载体,把正、负极分别压制成薄带状,再与隔膜叠合在 一起卷成螺旋状(电容式)结构的电池,这种结构的特点是正、负极作用面积大, 超电势小,从而在低温、大电流放电时可获得更高的容量。

  (3) 方型单体式电池结构

  方型单体电池正、负极采用极群式结构,正、负极分别压制成方型薄片, 极片中间夹有金属集流网。

三、碱性锌锰电池的工作原理:zn+2mno2

锌锰干电池是日常生活中常用的干电池。   

正极材料:MnO2、石墨棒   

负极材料:锌片   

电解质:NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊状物   

电池符号可表示为   

(-) Zn|ZnCl2、NH4Cl(糊状)‖MnO2|C(石墨) (+)   

负极:Zn-2e=Zn2+   

正极:2MnO2+2NH4++2e=Mn2O3+2NH3+H2O   

总反应:Zn+2MnO2+2NH4+= Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O   

锌锰干电池的电动势为1.5V。因产生的NH3气被石墨吸附,引起电动势下降较快。如果用高导电的糊状KOH代替NH4Cl,正极材料改用钢筒,MnO2层紧靠钢筒,就构成碱性锌锰干电池,由于电池反应没有气体产生,内电阻较低,电动势为1.5V,比较稳定。   

干电池属于化学电源中的原电池,是一种一次性电池,它碳棒以为正极,以锌筒为负极,把化学能转变为电能供给外电路。在化学反应中由于锌比锰活泼,锌失去电子被氧化,锰得到电子被还原。

四、锌锰碱性电池工作原理

锌锰电池的工作原理:

酸性

酸性锌锰干电池是以锌筒作为负极,并经汞齐化处理,使表面性质更为均匀,以减少锌的腐蚀,提高电池的储藏性能,正极材料是由二氧化锰粉、氯化铵及碳黑组成的一个混合糊状物。正极材料中间插入一根炭棒,作为引出电流的导体。在正极和负极之间有一层增强的隔离纸,该纸浸透了含有氯化铵和氯化锌的电解质溶液,金属锌的上部被密封。这种电池是19世纪60年代法国的勒克兰谢(Leclanche)发明的,故又称为勒克兰谢电池或炭锌干电池,可表示为:

(-)Zn|NH4Cl(20%)ZnCl2|MnO2,C(+)

尽管这种电池的历史悠久,但对它的电化学过程尚未完全了解,通常认为放电时,电池中的反应如下:正极为阴极,锰由四价还原为三价

2MnO2+2

+2eˉ→2MnO(OH)

负极为阳极,锌氧化为二价锌离子:

Zn+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2

+2eˉ

总的电池反应为:

2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2

实践经验表明,该电池的电流—电压特性和二氧化锰的来源有关,也直接地依赖于锰的氧化价态、晶粒的大小及水化程度等。目前已全部以ZnCl2电解液代替NH4Cl,充分说明Zn与Cl配合[ZnCl4],而不必有NH4存在,放电前pH=5,放电后pH上升到pH=7为中性。

该电池的特点:(1)开路电压为1.55V~1.70V;(2)原材料丰富,价格低廉;(3)型号多样1号~5号;(4)携带方便,适用于间歇式放电场合。缺点是:在使用过程中电压不断下降,不能提供稳定电压,且放电功率低,比能量小,低温性能差,在-20℃即不能工作。在高寒地区只可使用碱性锌锰干电池。

碱性

碱性锌锰电池简称碱锰电池,它是在1882年研制成功,1912年就已开发,到了1949年才投产问世。人们发现,当用KOH电解质溶液代替NH4Cl做电解质时,无论是电解质还是结构上都有较大变化,电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。它的电池表达式为:

(-)Zn︱KOH,K2[Zn(OH)4]︱MnO2,C(+)

它的电极反应如下:

正极为阴极反应:

MnO2+H2O+eˉ→MnO(OH)+OHˉ

MnO(OH)在碱性溶液中有一定的溶解度

MnO(OH)+H2O+OHˉ→Mn(OH)4

Mn(OH)4+2eˉ→Mn(OH)42-

负极为阳极反应:

Zn+2OHˉ→Zn(OH)2+2eˉ

Zn(OH)2+2OHˉ→Zn(OH)4

总的电池反应为:

Zn+MnO2+2H2O+4OHˉ→Mn(OH)42ˉ+Zn(OH)4

由于正极为阴极反应不全是固相反应,负极为阳极反应是可溶性的Zn(OH)4ˉ,故内阻小,放电后电压恢复能力强。碱性锌锰电池采用了高纯度、高活性的正、负极材料,以及离子导电性强的碱作为电解质,使电化学反应面积成倍增长。它的特点:(1)开路电压为1.5V;(2)工作温度范围宽在-20℃~60℃之间,适于高寒地区使用;(3)大电流连续放电其容量是酸性锌锰电池的5倍左右;(4)它的低温放电性能也很好。

五、碱性锌锰电池ph变化

碱性溶液的pH值通常大于7,具体数值取决于溶液中碱性物质的种类和浓度。例如,氢氧化钠(NaOH)是一种常见的强碱,其水溶液的pH值可达到14左右;而氨水(NH3·H2O)则是一种较弱的碱,其水溶液的pH值一般在11左右。

需要注意的是,过量或过浓的碱性溶液对人体和环境都有可能造成危害,因此在使用碱性物质时应当谨慎,并严格遵循安全操作规程。同时,在处理或处置碱性废液时,也需要采取相应的措施,以免对环境和人体造成不良影响。

六、为什么碱性锌锰电池能延长电池寿命

锌电池具有以下优点:

1.电池容量大

锌电池的理论容量是由负极活性物质的量决定的。负极(锌电极)位于电池内部,正极(空气电极)紧接电池外壳内侧,而且正极活性物质是来自空气中的氧气,所以空气电极占据电池的空间非常小,因此,在相同的体积和重量下,锌空气电池内可以装填更多的负极反应物质,从而与传统电池相比,它具有更高的容量(锌空气电池的制造成本与同型号碱性锌锰电池的大体相同,但容量却是同型号碱性锌锰电池的2.5倍以上,是普通干电池的5-7倍)。

2.比能量高

锌电池理论质量比能量是1320Whkg-1,实际比能量已经达到220~300Whkg-1。

3.放电曲线平稳。

放电的时候,正极只是发生氧气的还原而空气电极本身不发生变化,负极则是锌被氧化而损耗。锌电极电压平稳,所以放电时电池电压变化小,在1.3V左右出现一个较长时间的放电平台。

4.自放电少,储存寿命好

在储存时电池的入气孔是密封的,空气电极与外界隔绝,只要阻隔空气进入锌空气电池即可使锌空气电池的电化学反应无法进行,从而电池容量损失小,容量年损失小于2%。

5.生产成本低、价格低廉

正极活性物质是空气中的氧气,无须花钱购买而且取之不尽。负极活性物质锌来源丰富、价格便宜。

6.环保无污染

锌电池摒弃了传统电池中的铅、汞、镉等有毒物质,解决了传统电池的污染问题。而且电池使用后的重要反应产物是氧化锌,可以方便的回收利用

七、锌锰碱性电池可以充电吗

  LR6碱性锌锰干电池不可以充电。LR6碱性锌锰干电池是一次电池,使用一次后就被废弃的电池。例如锌锰干电池、锌银钮扣式电池、锂电池等。  二次电池才可以充电使用,又称蓄电池,它是在充电后又能反复使用的电池,使用周期较长,故又称之为可充式电池。如铅酸蓄电池,镍镉电池、金属氢化物镍电池、锂离子电池等。  碱性锌锰电池采用了高纯度、高活性的正、负极材料,以及离子导电性强的碱作为电解质,使电化学反应面积成倍增长。  它的特点:  (1)开路电压为1.5V;  (2)工作温度范围宽在-20℃~60℃之间,适于高寒地区使用;  (3)大电流连续放电其容量是酸性锌锰电池的5倍左右;  (4)它的低温放电性能也很好。

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