應(yīng)用電化學(xué)-3-2-一次電池

1、3.2 一次電池一次電池3.2.1 一次電池的通性一次電池的通性3.2.2 鋅錳電池鋅錳電池3.2.3 其他幾種一次電池其他幾種一次電池電池放電后不能用充電的方法使它復(fù)原的一類電池。一次電池的活性物質(zhì)（發(fā)生氧化還原的物質(zhì)）消耗到一定程度，就不能使用了。電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀，不流動(dòng)，也叫做干電池。常見的有：普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、鋅銀電池、鋰電池等。3.2.1 一次電池的通性一次電池的通性方便、簡(jiǎn)單、容易使用；維修工作量極少；大小和形狀可根據(jù)用途來設(shè)計(jì)；貯存壽命長(zhǎng)；適當(dāng)?shù)谋饶芰亢捅裙β剩豢煽?；成本低?？赡嫘圆?。?duì)于鋅錳電池系列：放電性能差；放電過程中，電壓穩(wěn)定性差；低溫條件下，性能惡

2、化。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)3.2.2 鋅錳電池鋅錳電池n主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：q鋅錳電池概述鋅錳電池概述q二氧化錳正極二氧化錳正極q鋅負(fù)極鋅負(fù)極q電池反應(yīng)和電性能電池反應(yīng)和電性能q中性鋅錳電池制作工藝中性鋅錳電池制作工藝q堿性鋅錳電池制作工藝堿性鋅錳電池制作工藝鋅錳干電池鋅錳干電池（）（）Zn| ? |MnO2（）（） n一、鋅錳電池的分類一、鋅錳電池的分類1. 中性鋅錳電池中性鋅錳電池 NH4Cl+ZnCl2的水溶液 lNH4Cl型電池: 電解液以NH4Cl為主，少量的ZnCl2 ()Zn|NH4Cl(ZnCl2)|MnO2 () lZnCl2型電池: 電解液以ZnCl2為主，少量的 NH4Cl () Zn

3、|ZnCl2 (NH4Cl)|MnO2 () 2. 堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池 電解液為KOH的水溶液 () Zn|KOH |MnO2 () 二、二、 二氧化錳電極二氧化錳電極nMnO2電極的電化學(xué)行為：電極的電化學(xué)行為： 質(zhì)子電子機(jī)理質(zhì)子電子機(jī)理qMnO2陰極還原的初級(jí)過程陰極還原的初級(jí)過程 MnOOH的生成 MnO2HeMnOOHMn3+OH-nMnO2陰極還原的次級(jí)過程陰極還原的次級(jí)過程 MnOOH的轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移1.歧化反應(yīng)歧化反應(yīng) 2MnOOH2HMnO2Mn22H2O 2. 固相質(zhì)子擴(kuò)散固相質(zhì)子擴(kuò)散Mn3+Mn4+OH-O2-MnO2陰極還原的控制步驟：陰極還原的控制步驟：nMnO2的晶

4、型與性能：的晶型與性能：qMnO2qMnO2qMnO2 從晶型結(jié)構(gòu)來講，從晶型結(jié)構(gòu)來講，MnO2的性能應(yīng)最好，極化小，的性能應(yīng)最好，極化小，放出的容量大。放出的容量大。三、三、 鋅負(fù)極鋅負(fù)極n鋅電極的陽極過程鋅電極的陽極過程 Zn2e Zn2q在堿性介質(zhì)中：在堿性介質(zhì)中：KOH溶液溶液 Zn22OHZn(OH)2Zn(OH)2 2OH Zn(OH)42- ZnOH2O 2OH- q在中性介質(zhì)中：在中性介質(zhì)中：NH4ClZnCl21.以以NH4Cl為主：為主： Zn22NH4ClZn（NH3）2Cl22H2.以以ZnCl2為主：為主： 4 Zn29 H2O ZnCl2ZnCl24 ZnO5 H2

5、O Hn鋅負(fù)極的極化鋅負(fù)極的極化 與正極與正極MnO2相比，鋅負(fù)極的極化要小得多。正相比，鋅負(fù)極的極化要小得多。正常放電情況下電化學(xué)極化是較小的，主要是濃差極化。常放電情況下電化學(xué)極化是較小的，主要是濃差極化。在放電后期或低溫下放電，電極的表面狀態(tài)發(fā)生了變?cè)诜烹姾笃诨虻蜏叵路烹?，電極的表面狀態(tài)發(fā)生了變化，這時(shí)電化學(xué)極化就不能忽視了?；?，這時(shí)電化學(xué)極化就不能忽視了。n鋅負(fù)極的自放電鋅負(fù)極的自放電q鋅電極產(chǎn)生自放電的原因鋅電極產(chǎn)生自放電的原因1.氫離子的陰極還原所引起的鋅的自放電氫離子的陰極還原所引起的鋅的自放電2.氧的陰極還原所引起的鋅電極的自放電氧的陰極還原所引起的鋅電極的自放電3.電解液中的

6、雜質(zhì)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 引起鋅電極自放電的主要原因是氫的陰極析引起鋅電極自放電的主要原因是氫的陰極析出所引起的鋅的腐蝕，即出所引起的鋅的腐蝕，即吸氫腐蝕吸氫腐蝕q降低鋅負(fù)極自放電的措施：降低鋅負(fù)極自放電的措施：1.加添加劑加添加劑 在金屬鋅中加入添加劑在金屬鋅中加入添加劑 在電解液中加入緩蝕劑在電解液中加入緩蝕劑2.保證原材料的質(zhì)量達(dá)到要求保證原材料的質(zhì)量達(dá)到要求3.對(duì)電液進(jìn)行凈化對(duì)電液進(jìn)行凈化4.貯存電池的溫度低于貯存電池的溫度低于255.電池要嚴(yán)格密封電池要嚴(yán)格密封四、鋅錳電池的電池反應(yīng)和電性能四、鋅錳電池的電池反應(yīng)和電性能n中性介質(zhì)中的鋅錳電池的電

7、池反應(yīng)中性介質(zhì)中的鋅錳電池的電池反應(yīng)q以以NH4Cl為主的鋅錳電池（氯化銨型電池）為主的鋅錳電池（氯化銨型電池）（）（） Zn NH4Cl MnO 2 ()負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： Zn2NH4Cl2e Zn（NH3）2Cl22H 正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： 2MnO2+2H+2e 2MnOOH電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： Zn2NH4Cl2MnO2Zn(NH3)2Cl22 MnOOH 電池的反應(yīng)較為復(fù)雜，產(chǎn)物也十分復(fù)雜，但反應(yīng)的主要產(chǎn)物是電池的反應(yīng)較為復(fù)雜，產(chǎn)物也十分復(fù)雜，但反應(yīng)的主要產(chǎn)物是 Zn（NH3）2Cl2。q以以ZnCl2為主的鋅錳電池（氯化鋅型電池）為主的鋅錳電池（氯化鋅型電池）（）（） Zn Z

8、nCl2 MnO 2 () 負(fù)極：負(fù)極：4Zn8e9H2O ZnCl2ZnCl24 ZnO5 H2O8 H 正極：正極： 8MnO28H+8e 8MnOOH 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：4Zn9H2OZnCl28MnO28 MnOOHZnCl24 ZnO5 H2On堿性介質(zhì)中的鋅錳電池（堿錳電池）的電堿性介質(zhì)中的鋅錳電池（堿錳電池）的電池反應(yīng)池反應(yīng)（）（） Zn KOH MnO 2 ()負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：Zn2e4OHZn(OH)42- ZnOH2O 2OH- 正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：2MnO2+2H2O+2e2MnOOH2OH 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：Zn2MnO2+H2O2MnOOHZnO 或或 Zn2

9、MnO2+2H2O 2OH 2MnOOH Zn(OH)42-nZn-MnO2電池的電性能電池的電性能q開路電壓開路電壓 不同情況下，不同情況下，Zn-MnO2電池的開路電壓在電池的開路電壓在1.51.8V左右。左右。 負(fù)極負(fù)極Zn的穩(wěn)定電位大約在的穩(wěn)定電位大約在0.8V左右。左右。 正極穩(wěn)定電位一般在正極穩(wěn)定電位一般在0.71.0之間。之間。q工作電壓工作電壓1.極化主要是來自于正極；2.電壓的恢復(fù)特性；放電時(shí)工作電壓下降，而斷電后電池的電壓又逐漸緩慢回升;恢復(fù)特性的原因是由于二氧化錳電極的表面的水錳石的轉(zhuǎn)移所引起的.3.鋅錳電池適合 小電流間放。q歐姆內(nèi)阻歐姆內(nèi)阻 中性鋅錳電池各部分的歐姆電

10、阻項(xiàng)目項(xiàng)目鋅電極鋅電極電解液層電解液層電芯電芯炭棒炭棒合計(jì)合計(jì)電阻電阻占總電阻占總電阻微微微微0.0522.80.0836.40.0940.90.22100q容量及其影響因素（活性物質(zhì)填充量、利用率）容量及其影響因素（活性物質(zhì)填充量、利用率）放電制度對(duì)容量的影響錳粉的性質(zhì)對(duì)容量的影響電解液的濃度和純度制造工藝的影響q貯存性能貯存性能 自放電五、中性鋅錳電池制作工藝五、中性鋅錳電池制作工藝n糊式電池糊式電池q結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 隔離層采用漿糊層，所以稱為糊式電池。屬于氯化銨型電池。q特點(diǎn)特點(diǎn) A.只適合小電流間放 B.成本低。 石墨石墨 乙炔黑乙炔黑 NH4Cl Mn 粉粉干拌粉干拌粉混拌粉混拌粉打電芯打

11、電芯包紙（扎線）包紙（扎線） 裝配裝配 灌漿灌漿 糊化糊化上紙圈下鋼帽上紙圈下鋼帽憎水炭棒憎水炭棒除油鋅筒除油鋅筒 鋼帽鋼帽 ZnCl2 H2O 凈化凈化 凈化凈化 過濾過濾NH4Cl內(nèi)電液內(nèi)電液外電液外電液HgCl2Tx-10面粉面粉淀粉淀粉配漿液配漿液封口劑封口劑 封口封口 驗(yàn)電驗(yàn)電 產(chǎn)品產(chǎn)品石蠟石蠟瀝青瀝青松香松香n紙板電池紙板電池q結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 采用漿層紙代替糊式電池中的漿糊層作為隔離層。q特點(diǎn)特點(diǎn) A.容量增大 B.電池內(nèi)阻減小，放電電流增大l兩種類型電池的比較兩種類型電池的比較 銨型電池銨型電池 Zn2NH4Cl2MnO2Zn（NH3）2Cl22 MnOOH 鋅型電池鋅型電池 4Zn9

12、H2OZnCl28MnO2 8MnOOHZnCl24 ZnO5 H2O 電液類型電液類型電導(dǎo)率電導(dǎo)率Sm-1pH值值水蒸氣壓水蒸氣壓PaZn2離子狀態(tài)離子狀態(tài)氯化鋅型氯化鋅型氯化銨型氯化銨型15434.65.429332340Zn(H2O)2+ZnCl42差異氯化銨型氯化鋅型反應(yīng)式不同無水生成和消耗消耗大量的水防漏性能好，不容易漏液防漏性能好，不容易漏液蒸氣壓低高密封要求高密封要求高產(chǎn)物不同Zn（NH3）2Cl2，致密而堅(jiān)硬的沉淀ZnCl24 ZnO5 H2O，水泥效應(yīng)小電流間放小電流間放大電流連放大電流連放鋅離子的存在形式負(fù)離子正離子負(fù)極極化大負(fù)極極化大負(fù)極極化小負(fù)極極化小pH值大小正極極化

13、大正極極化大正極極化小正極極化小電液導(dǎo)電能力好好不好不好結(jié)論結(jié)論小電流間放小電流間放大電流連放、防漏性能好大電流連放、防漏性能好六、堿性鋅錳電池制作工藝六、堿性鋅錳電池制作工藝n特點(diǎn)特點(diǎn)q放電性能好：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；反應(yīng)產(chǎn)物疏松且部分可溶 .q低溫性能好：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?。回?fù)極多孔鋅電極，防止了鋅電極的鈍化。q貯存性能好貯存性能好q目前需注意的問題目前需注意的問題防爬堿；需要強(qiáng)有力的防止自放電的措施，來取代汞。3.2.3 其他幾種鋅一次電

14、池其他幾種鋅一次電池n1、鋅-氧化汞電池 ( - ) Zn | 濃KOH | HgO, C ( + )電極方程式：負(fù)極：正極：Zn + 4OH- -2e- Zn(OH)42-HgO + H2O + 2e- Hg + 2OH-總反應(yīng)式: Zn + HgO + 2OH- + H2O Hg + Zn(OH)42-E=1.35Vn2、鋅空氣電池 (-)Zn | 濃KOH | O2, C(+)電極方程式：負(fù)極：正極：Zn + 2OH- -2e- ZnO + H2O1/2O2 + H2O + 2e- 2OH-總反應(yīng)式: Zn + 1/2O2 ZnOE=1.63V3、鋅-氧化銀電池：( - ) Zn | K

15、OH | Ag2O, C ( + )電極方程式：負(fù)極：正極：Zn + 2OH- -2e- ZnO + H2OAg2O + H2O + 2e- 2Ag + 2OH-總反應(yīng)式: Zn + Ag2O 2Ag + ZnOE=1.605Vn鋰電池：負(fù)極用金屬鋰或鋰合金或含鋰化合物的一類電池的總稱。n特點(diǎn)：鋰密度僅為0.534gcm-3，理論容量為Zn的4.7倍；鋰電負(fù)性小，Pauling電負(fù)性為0.98，鋰電池電壓可達(dá)4V；質(zhì)量比能量超過200Whkg-1；工作溫度范圍寬：-7040oC；比功率大，放電電壓平穩(wěn)。n缺點(diǎn)： 安全性差，價(jià)格較高，生產(chǎn)工序復(fù)雜。3.2.4 鋰電池鋰電池1. Li/SO2電池

16、(-)Li | LiBr，乙腈 | SO2, C(+)電極方程式：負(fù)極：正極：Li -e- Li+2SO2 + 2e- S2O42-總反應(yīng)式: 2Li + 2SO2 Li2S2O4E=3.1V2. Li/SOCl2電池 (-)Li | LiAlCl4，SOCl2 | C(+)電極方程式：負(fù)極：正極：4Li - 4e- 4Li+2SOCl2 + 4e- 4Cl- + S + SO2總反應(yīng)式: 4Li + 2SOCl2 4LiCl + S + SO2E=3.65V3. Li/SO2Cl2電池 (-)Li | LiAlCl4，SOCl2 | C(+)電極方程式：負(fù)極：正極：2Li - 2e- 2Li+SO2Cl2 + 2e- 2Cl- + SO2總反應(yīng)式: 2Li + SO2Cl2 2LiCl + SO2E=3.9V4. Li/MnO2電池 (-)Li | LiClO4 + PC + DME | MnO2, C(+)電極方程式：負(fù)極：正極：Li - e- Li+MnO2 + Li+ + e- LiMnO2總反應(yīng)式: Li + Mn