鋅錳幹電池:化學電源裡的一次電池-中文百科頻道

基本内容

鋅錳幹電池是最常見的化學電源。幹電池的外殼（鋅）是負極，中間的碳棒是正極，在碳棒的周圍是細密的石墨和去極化劑MnO2的混合物，在混合物周圍再裝入以NH4Cl溶液浸潤的ZnCl2，NH4Cl和澱粉或其他填充物（制成糊狀物）。為了避免水的蒸發，幹電池用蠟封好。

分類

酸性

酸性鋅錳幹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、氯化铵及碳黑組成的一個混合糊狀物。正極材料中間插入一根炭棒，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铵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幹電池，可表示為:

(-)Zn|NH4Cl(20%)ZnCl2|MnO2，C(+)

盡管這種電池的曆史悠久，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→2MnOOH+2OHˉ

負極為陽極，鋅氧化為二價鋅離子:

Zn+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2H+2eˉ

總的電池反應為:

2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnOOH+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态、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Zn與Cl配合[ZnCl4]，而不必有NH4存在，放電前pH=5，放電後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)型号多樣1号~5号;(4)攜帶方便，适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。在高寒地區隻可使用堿性鋅錳幹電池。

堿性

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年才投産問世。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着的提高。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+eˉ→MnO(OH)+OHˉ

MnO(OH)在堿性溶液中有一定的溶解度

MnO(OH)+H2O+OHˉ→Mn(OH)4

Mn(OH)4+2eˉ→Mn(OH)4

負極為陽極反應:

Zn+2OHˉ→Zn(OH)2+2eˉ

Zn(OH)2+2OHˉ→Zn(OH)4

總的電池反應為:

Zn+MnO2+2H2O+4OHˉ→Mn(OH)42ˉ+Zn(OH)4

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)4ˉ，故内阻小，放電後電壓恢複能力強。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)工作溫度範圍寬在-20℃~60℃之間，适于高寒地區使用;(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。

高能堿性鋅錳電池----如LR6、LR03等，該類電池采用專用電解二氧化錳做正極材料，負極為粒狀鋅粉，電液采用氫氧化鉀溶液，電池外殼是鍍鎳鋼殼，不參與電化學反應。電池容量是同尺寸普通電池的3-7倍，且可以大電流連續放電，具有耐漏液性能好的特點，是各方面性能最優的鋅錳電池。

我國目前主要生産酸性鋅錳電池、堿性鋅錳電池，前者如大公、牡丹、中華、天鵝、555，後者如南孚、雙鹿、白象等。

僅根據1995年統計資料表明，全世界幹電池總産量為250億隻，其中堿錳電池為70億隻。5年來，美國、歐洲和日本的堿錳電池年增長率超過12%，美、歐、日國内堿錳電池所占市場比例分别為72%、52%和29%。我國堿錳電也總産量近3億隻，僅占幹電池總産量的3%，預計5年内将提高到10%~15%。從目前發展現況來看，"南孚"、"雙鹿"、"白象"等品牌已達到國際标準，生産速率最高200隻/min，美國、日本已達300隻/min以上。

結構性能

（1）電池結構與性能特點

堿性鋅錳幹電池(簡稱為堿錳電池)在結構上采用與普通鋅錳電池相反的電極結構，增大了正負極間的相對面積，采用高導電性的堿性電解液，正負極采用高能電極材料，所以，堿錳電池的容量和放電時間是同等型号普通電池的3～7倍，低溫性能兩者差距更大，堿錳電池更耐低溫，而且更适合于大電流放電和要求工作電壓比較穩定的用電場合。