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1、 化学电源工艺学 1 第二讲 碱性锌锰电池 化学电源工艺学 2 知识点回顾 n 什么是化学电源？ n 正极？负极？ n 阴极？阳极？ 化学电源工艺学 3 主要内容 化学电源工艺学 4 1 锌锰电池概述 （）Zn| 电解液 |MnO2（） 在民用领域有很强的竞争力，侧重于小 电流或间歇方式供电。 化学电源工艺学 5 1 锌锰电池概述 锌锰电池是法国科学家Leclanche于1968年发明的。 碳棒 MnO2粉 +碳粉 锌棒 多孔 陶瓷管 玻璃瓶 Leclanche电池结构图 化学电源工艺学 6 Zn-MnO2 电池按 电解液 性质分 中性电池 碱性电池 铵型电池 (pH=5.4) 锌型电池 (p
2、H=4.6) 一次碱性电池 二次碱性电池 纸板电池(高功率 ) 糊式电池(普通型 ) 纸板电池(高容量 ) 1 锌锰电池概述 l 锌锰电池的分类 化学电源工艺学 7 l碱性锌锰电 池 正极：电解MnO2粉 负极：锌粉 电解液：KOH水溶液 其放电时间大约是同类糊式电池的57倍。 电池符号： (-) Zn|KOH|MnO2 (+) 1 锌锰电池概述 化学电源工艺学 8 l 碱性锌锰电池的特点 放电性能好：容量高，可大电流连放，放电曲线平稳 1.正极全部采用电解锰； 2.负极为多孔锌电 极； 3.电解液KOH溶液的导电 能力好； 4.反应产 物疏松且部分可溶 。 低温性能好： 可以在40的温度下工
3、作 1.KOH水溶液的冰点低； 2.两极的极化较小； 需注意的问题 ： 防爬碱； 需要强有力的防止自放电的措施，来取代汞。 1 锌锰电池概述 化学电源工艺学 9 l 二氧化锰 MnO2是决定电池性能的主要原材料之一。电池工业上所用的MnO2(常 称锰粉)有四种：天然锰粉(天然软锰矿 )、电解锰粉、活化锰粉和化学锰 粉。电解MnO2由电解硫酸锰溶液制得： Mn2+ + 2H2O MnO2 + 4H+ + 2e 电解锰粉纯度高，有害杂质少，电化学活性好，采用电解锰粉是提高 锌锰干电池电容量的有效方法。 2 二氧化锰正极 电解MnO2车间 电解MnO2粉体 天然MnO2 化学电源工艺学 10 目前公
4、认二氧化锰电极反应有两个： 通过对产 物的分析，表明Mn2+是少量的，Mn3+化合物MnOOH 是主要的，所以（2-2）式是主要反应。 （2-1） （2-2） l 二氧化锰电极反应 2 二氧化锰正极 化学电源工艺学 11 MnO2阴极还原的初级过 程( MnOOH的生成)： MnO2HeMnOOH MnO2阴极还原的次级过 程 (MnOOH的转移)： （1）固相质子扩散实现 MnOOH转移，叫做“固相浓差极 化”。 l 二氧化锰电极反应机理质子-电子机理 2 二氧化锰正极 化学电源工艺学 12 MnO2阴极还原的控制步骤： 次级过 程为控制步骤，即水锰石的转移是控制步骤，MnO2阴极极化 主要
5、是由于MnOOH转移的缓慢所造成的。 锌锰电池工作电压下降的主要原因： 由于H+在固相中的扩散速 度非常缓慢，从而导致正 极发生严重极化，正极电 位下降。 l 二氧化锰电极反应机理质子-电子机理 2 二氧化锰正极 锌锰电 池放电电压 及电极电位随时间 的变化曲 线 化学电源工艺学 13 金属锌是电池的负极活性物质。 3 锌负极 l 锌电极的阳极氧化过程 在以KOH溶液中（碱性电池） Zn 2OH 2e Zn(OH)2 ZnO H2O 锌电极产生自放电的原因 氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电（主因） 氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电 电解液中的杂质所引起的锌电极的自放电 l 锌负极自放电（电
6、池自放电的主要来源） 化学电源工艺学 14 加添加剂 在金属锌中加入添加剂 在电解液中加入缓蚀剂 保证原材料的质量达到要求 对电 解液进行净化 贮存电池的温度低于25 电池要严格密封 3 锌负极 l 降低锌负极自放电的措施 化学电源工艺学 15 碱锰电池的开路电压约为1.55V，工作电压约为1.25V。 电池内阻小，在快速放电时能提供足够的容量，而且在低温(-20)下 ，其放电容量相当于中性干电池室温下的数量。 放电曲线相当平坦，放电到终止电压(0.9V)时，放电量明显高于中性 锌锰电池。 5 碱性锌锰电池的性能 化学电源工艺学 16 l 电池结构 6 碱性锌锰电池制作工艺 化学电源工艺学 1
7、7 l 工艺流程： 6 碱性锌锰电池制作工艺 化学电源工艺学 18 2、正极炭包：用电解锰、石墨按一定配比，并加入KOH溶液（蒸馏 水）混合，压成筒状环式炭包。 4、负极：采用含汞量为4%的汞齐锌 粉。 3、隔膜：采用耐碱性和吸水良好的纸为 基体，再涂布浆料层。 1、炭素壳：用石墨做原料，添加石蜡等粘合剂和防水剂，压成型， 作为电 池的正极集流体。 装配时先把环行炭包装入炭素壳中，适当压实 ，使二者有很好的 接触。再将浆糊纸卷成管型插入炭包中间。然后将和好的锌膏装入隔膜 筒内，最后插入铜钉 做负极集流体。 碱性锌锰电 池的组成及作用： 6 碱性锌锰电池制作工艺 化学电源工艺学 19 本节思考题： 1、锌锰电 池的工作原理是什么？ 2、锌锰电 池中锌电 极产生自放电的原因？影响其自放电的因素主 要有哪些？ 3、如何降低锌负 极的自放电？ 4、分析锌锰电 池各部分组成及作用 。
