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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 41 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 51 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 6Zn-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(pH=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
2、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 8l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
3、学电源工艺学 9l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粉体天然天然MnOMnO2 2 化学电源工艺学 10目前公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
4、二氧化锰正极 化学电源工艺学 11MnO2阴极还原的初级过程(MnOOH的生成)：MnO2HeMnOOHMnO2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 12MnO2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
5、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
6、，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 16l 电池结构6 碱性锌锰电池制作工艺 化学电源工艺学 17l 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。