鋅錳干電池

(1)電池結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)

堿性鋅錳干電池(簡(jiǎn)稱為堿錳電池)在結(jié)構(gòu)上采用與普通鋅錳電池相反的電極結(jié)構(gòu)，增大了正負(fù)極間的相對(duì)面積，采用高導(dǎo)電性的堿性電解液，正負(fù)極采用高能電極材料，所以，堿錳電池的容量和放電時(shí)間是同等型號(hào)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，而且更適合于大電流放電和要求工作電壓比較穩(wěn)定的用電場(chǎng)合。

(2)"555"產(chǎn)品特點(diǎn)

555牌一次堿性鋅錳電池獲得"中國名牌產(chǎn)品"和國家出口免檢產(chǎn)品稱號(hào)，產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn):

a、不含汞和鎘，對(duì)環(huán)境友好;b、采用超薄鋼殼技術(shù)增加電池內(nèi)部容量，從而增加電池放電容量;c、采用錳環(huán)二次復(fù)壓以及鋼殼內(nèi)壁涂碳技術(shù)，降低電池內(nèi)阻，提高電池大電流放電性能;d、采用超細(xì)纖維高致密性的隔膜，能有效地延長(zhǎng)電池的貯存期;e、密封膠塞設(shè)置了安全防爆結(jié)構(gòu)，防止電池因不正當(dāng)使用而可能產(chǎn)生的電池爆炸。

酸性鋅錳干電池是以鋅筒作為負(fù)極，并經(jīng)汞齊化處理，使表面性質(zhì)更為均勻，以減少鋅的腐蝕，提高電池的儲(chǔ)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(gè)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(dǎo)體。在正極和負(fù)極之間有一層增強(qiáng)的隔離紙，該紙浸透了含有氯化銨和氯化鋅的電解質(zhì)溶液，金屬鋅的上部被密封。這種電池是19世紀(jì)60年代法國的勒克蘭謝(Leclanche)發(fā)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(duì)它的電化學(xué)過程尚未完全了解，通常認(rèn)為放電時(shí)，電池中的反應(yīng)如下:正極為陰極，錳由四價(jià)還原為三價(jià)

2MnO2+2H2O+2e→2MnOOH+2OHˉ

負(fù)極為陽極，鋅氧化為二價(jià)鋅離子:

Zn+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2H+2eˉ

總的電池反應(yīng)為:

2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，該電池的電流-電壓特性和二氧化錳的來源有關(guān)，也直接地依賴于錳的氧化價(jià)態(tài)、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，放電后pH上升到pH=7為中性。該電池的特點(diǎn):(1)開路電壓為1.55V~1.70V;(2)原材料豐富，價(jià)格低廉;(3)型號(hào)多樣1號(hào)~5號(hào);(4)攜帶方便，適用于間歇式放電場(chǎng)合。缺點(diǎn)是:在使用過程中電壓不斷下降，不能提供穩(wěn)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(qū)只可使用堿性鋅錳干電池。

堿性鋅錳電池簡(jiǎn)稱堿錳電池，它是在1882年研制成功，1912年就已開發(fā)，到了1949年才投產(chǎn)問世。人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl做電解質(zhì)時(shí)，無論是電解質(zhì)還是結(jié)構(gòu)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(dá)式為:

(-)Zn︱KOH，K2[Zn(OH)4]︱MnO2，C(+)

它的電極反應(yīng)如下:

正極為陰極反應(yīng):

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(fù)極為陽極反應(yīng):

Zn+2OHˉ→Zn(OH)2+2eˉ

Zn(OH)2+2OHˉ→Zn(OH)4

總的電池反應(yīng)為:

Zn+MnO2+2H2O+4OHˉ→Mn(OH)42ˉ+Zn(OH)4

由于正極為陰極反應(yīng)不全是固相反應(yīng)，負(fù)極為陽極反應(yīng)是可溶性的Zn(OH)4ˉ，故內(nèi)阻小，放電后電壓恢復(fù)能力強(qiáng)。堿性鋅錳電池采用了高純度、高活性的正、負(fù)極材料，以及離子導(dǎo)電性強(qiáng)的堿作為電解質(zhì)，使電化學(xué)反應(yīng)面積成倍增長(zhǎng)。它的特點(diǎn):(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(qū)使用;(3)大電流連續(xù)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。

我國目前主要生產(chǎn)酸性鋅錳電池、堿性鋅錳電池，前者如大公、牡丹、中華、天鵝、555，后者如南孚、雙鹿、白象等。

僅根據(jù)1995年統(tǒng)計(jì)資料表明，全世界干電池總產(chǎn)量為250億只，其中堿錳電池為70億只。5年來，美國、歐洲和日本的堿錳電池年增長(zhǎng)率超過12%，美、歐、日國內(nèi)堿錳電池所占市場(chǎng)比例分別為72%、52%和29%。我國堿錳電也總產(chǎn)量近3億只，僅占干電池總產(chǎn)量的3%，預(yù)計(jì)5年內(nèi)將提高到10%~15%。從目前發(fā)展現(xiàn)況來看，"南孚"、"雙鹿"、"白象"等品牌已達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)速率最高200只/min，美國、日本已達(dá)300只/min以上。

堿性鋅錳干電池(alkaline)較同尺寸普通干電池具有更高的容量，并具有大電流放電的能力。已應(yīng)用了無汞鋅粉，因此使這種電池成為一種綠色電池，并成為原電池中的主流產(chǎn)品，目前堿性鋅錳干電池仍然是BP機(jī)使用最多的電源。同時(shí)，世界各國也關(guān)注這種電池的可充性，美國一家公司已推出可充堿錳電池，產(chǎn)品應(yīng)用緩慢增長(zhǎng)中。這種電池保持了原電池的放電特性，而且能再充電使用幾十次至幾百次(深充放電循環(huán)壽命約25次)。