第二章-锌锰电池.ppt

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1、第二章 锌二氧化锰电池n n学时：学时：5学时n n主要内容：主要内容：n n锌锰电池概述锌锰电池概述n n二氧化锰正极二氧化锰正极n n锌负极锌负极n n电池反应和电性能电池反应和电性能n n中性锌锰电池制作工艺中性锌锰电池制作工艺n n碱性锌锰电池制作工艺碱性锌锰电池制作工艺n n本章重点本章重点：n n正极正极正极正极：二氧化锰的反应机理：二氧化锰的反应机理n n负极负极负极负极：锌电极的自放电、引起自放电的原因：锌电极的自放电、引起自放电的原因和降低自放电的措施。和降低自放电的措施。n n电池反应和性能电池反应和性能电池反应和性能电池反应和性能：两类中性电池的比较、中：两类中性电池的比

2、较、中性电池与碱性电池的比较性电池与碱性电池的比较一、概述（）（）Zn|MnO2（）（）n n锌锰电池的分类锌锰电池的分类中性锌锰电池中性锌锰电池中性锌锰电池中性锌锰电池 NHNH4 4Cl+ZnClCl+ZnCl2 2的水溶液的水溶液 1.1.NHNH4 4ClCl型电池型电池 电解液以电解液以NHNH4 4ClCl为主，少量的为主，少量的ZnClZnCl2 2 Zn|NH Zn|NH4 4Cl(ZnClCl(ZnCl2 2)|MnO)|MnO2 22.2.ZnClZnCl2 2型电池型电池 电解液以电解液以ZnClZnCl2 2为主，少量的为主，少量的 NHNH4 4ClCl Zn|ZnC

3、l Zn|ZnCl2 2(NH(NH4 4Cl)|MnOCl)|MnO2 2碱性锌锰电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池 电解液为电解液为KOHKOH的水溶液的水溶液 Zn|KOHZn|KOH|MnO|MnO2 2n n特点特点优点：优点：优点：优点：原材料来源丰富，价格便宜；使用方便，不原材料来源丰富，价格便宜；使用方便，不 需维护。需维护。缺点：缺点：缺点：缺点：只适合于小电流间放。只适合于小电流间放。二、二氧化锰电极n nMnO2电极的电化学行为：电极的电化学行为：质子电子机理质子电子机理n nMnOMnO2 2阴极还原的初级过程阴极还原的初级过程阴极还原的初级过程阴极还原的初级过程

4、 MnOOHMnOOH的生成的生成 MnOMnO2 2HHe eMnOOHMnOOHMn3+OH-反应的过程反应的过程反应的过程反应的过程 ：晶格示意图晶格示意图晶格示意图晶格示意图 MnOMnO2 2（固）（固）（固）（固）HH（液）（液）（液）（液）e e MnOOHMnOOH（固）（固）（固）（固）n nMnOMnO2 2阴极还原的次级过程阴极还原的次级过程阴极还原的次级过程阴极还原的次级过程 MnOOHMnOOH的转移的转移1.1.歧化反应歧化反应歧化反应歧化反应 2MnOOH2MnOOH2H2HMnOMnO2 2MnMn2 22H2H2 2O O 2.2.固相质子扩散固相质子扩散固相

5、质子扩散固相质子扩散n nMnOMnO2 2阴极还原的阴极还原的阴极还原的阴极还原的控制步骤控制步骤控制步骤控制步骤 次级过程为控制步骤，即水锰石的转移是控制次级过程为控制步骤，即水锰石的转移是控制步骤，步骤，MnOMnO2 2阴极极化主要是由于阴极极化主要是由于MnOOHMnOOH转移的缓转移的缓慢所造成的。慢所造成的。Mn3+Mn4+OH-O2-n nMnO2的晶型与性能：的晶型与性能：n nMnOMnO2 2n nMnOMnO2 2n nMnOMnO2 2 从晶型结构来讲，从晶型结构来讲，从晶型结构来讲，从晶型结构来讲，MnOMnOMnOMnO2 2 2 2的性能应最好，极的性能应最好，

6、极的性能应最好，极的性能应最好，极化小，放出的容量大。化小，放出的容量大。化小，放出的容量大。化小，放出的容量大。三、锌负极n n锌电极的阳极过程锌电极的阳极过程 Zn2e Zn2n n在碱性介质中：在碱性介质中：在碱性介质中：在碱性介质中：KOHKOH溶液溶液 ZnZn2 22OH2OHZn(OH)Zn(OH)2 2 ZnOZnOH H2 2O O Zn(OH)Zn(OH)2 22KOHK2KOHK2 2 ZnOZnO2 22 H2 H2 2O O 或或 ZnOZnO2 KOHK2 KOHK2 2 ZnO ZnO2 2H H2 2O On n在中性介质中：在中性介质中：在中性介质中：在中性介

7、质中：NHNH4 4ClClZnClZnCl2 21.1.以以NHNH4 4ClCl为主：为主：ZnZn2 22NH2NH4 4ClZnClZn（NHNH3 3）2 2ClCl2 2 2H2H2.2.以以ZnClZnCl2 2为主：为主：4 Zn4 Zn2 29 H9 H2 2O O ZnClZnCl2 2ZnClZnCl2 24 ZnO5 H4 ZnO5 H2 2O O H Hn n锌负极的极化锌负极的极化 与正极与正极MnOMnO2 2相比，锌负极的极化要小得多。相比，锌负极的极化要小得多。正常正常放电情况下电化学极化是较小的，主要是浓差极放电情况下电化学极化是较小的，主要是浓差极化。在放

8、电后期或低温下放电，电极的表面状态化。在放电后期或低温下放电，电极的表面状态发生了变化，这时电化学极化就不能忽视了。发生了变化，这时电化学极化就不能忽视了。n n锌负极的自放电锌负极的自放电n n锌电极产生自放电的原因锌电极产生自放电的原因锌电极产生自放电的原因锌电极产生自放电的原因1.1.氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电2.2.氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电3.3.电解液中的杂质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 引起锌电极自放电的主要原因是氢的阴极析引起锌电极自放电的主要原因是氢的阴极析引起锌

9、电极自放电的主要原因是氢的阴极析引起锌电极自放电的主要原因是氢的阴极析出所引起的锌的腐蚀，即出所引起的锌的腐蚀，即出所引起的锌的腐蚀，即出所引起的锌的腐蚀，即吸氢腐蚀吸氢腐蚀吸氢腐蚀吸氢腐蚀n n影响锌电极自放电的因素影响锌电极自放电的因素影响锌电极自放电的因素影响锌电极自放电的因素1.1.锌的纯度及表面均匀性的影响锌的纯度及表面均匀性的影响2.2.溶液溶液pH pH 值的影响值的影响3.3.电电液中液中NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2浓浓度度对对自放自放电电的影响的影响4.4.温度的影响温度的影响：n n降低锌负极自放电的措施：降低锌负极自放电的措施：降低锌负极自放电的措施：降

10、低锌负极自放电的措施：1.1.加添加剂加添加剂 在金属锌中加入添加剂在金属锌中加入添加剂 在电解液中加入缓蚀剂在电解液中加入缓蚀剂2.2.保保证证原材料的原材料的质质量达到要求量达到要求3.3.对电对电液液进进行行净净化化4.4.贮贮存存电电池的温度低于池的温度低于25255.5.电电池要池要严严格密封格密封四、锌锰电池的电池反应和电性能n n中性介质中的锌锰电池的电池反应中性介质中的锌锰电池的电池反应n n以以以以NHNH4 4ClCl为为为为主的主的主的主的锌锌锌锌锰电锰电锰电锰电池（池（池（池（氯氯氯氯化化化化铵铵铵铵型型型型电电电电池）池）池）池）（）（）（）（）ZnZn NHNH4

11、4ClCl MnO MnO 2 2 ()负负极反极反应应：ZnZn2NH2NH4 4ClCl2e 2e Zn Zn（NHNH3 3）2 2ClCl2 2 2H2H 正极反正极反应应：MnOMnO2 2+H+H+e+e MnOOHMnOOH电电池反池反应应：ZnZn2NH2NH4 4ClCl2MnO2MnO2 2ZnZn(NHNH3 3)2 2ClCl2 2 2 2 MnOOHMnOOH 电电池池的的反反应应较较为为复复杂杂，产产物物也也十十分分复复杂杂，但但反反应应的的主主要要产产物物是是ZnZn（NHNH3 3）2 2ClCl2 2。n n以以以以ZnClZnCl2 2为为为为主的主的主的主

12、的锌锌锌锌锰电锰电锰电锰电池（池（池（池（氯氯氯氯化化化化锌锌锌锌型型型型电电电电池）池）池）池）（）（）Zn ZnCl2 MnO 2 ()负负极：极：4Zn4Zn8e8e9H9H2 2O O ZnClZnCl2 2ZnClZnCl2 24 ZnO5 H4 ZnO5 H2 2O O8 H8 H 正极：正极：8MnO8MnO2 28H8H+8e 8e 8MnOOH 8MnOOH 电电池反池反应应：4Zn4Zn9H9H2 2O OZnClZnCl2 28MnO8MnO2 28 8 MnOOHMnOOHZnClZnCl2 24 ZnO5 H4 ZnO5 H2 2O On n碱性介质中的锌锰电池（碱锰

13、电池）的电池碱性介质中的锌锰电池（碱锰电池）的电池反应反应（）（）（）（）ZnZn KOHKOH MnOMnO 2 2 ()负极反应：负极反应：ZnZn2 e2 e 2OH2OH Zn(OH)Zn(OH)2 2 ZnOZnOH H2 2O O 正极反应：正极反应：2MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2e2MnOOHO+2e2MnOOH2OH2OH 电池反应：电池反应：ZnZn2MnO2MnO2 2+H+H2 2O2MnOOHO2MnOOHZnOZnO 或或 ZnZn2MnO2MnO2 2+H+H2 2O2MnOOHO2MnOOHZn(OH)Zn(OH)2 2 ZnO ZnO H H2

14、2O On nZn-MnO2电池的电性能电池的电性能n n开路电压开路电压开路电压开路电压 不同情况下，不同情况下，不同情况下，不同情况下，Zn-MnOZn-MnOZn-MnOZn-MnO2 2 2 2电池的开路电压在电池的开路电压在电池的开路电压在电池的开路电压在1.51.51.51.51.8V1.8V1.8V1.8V左右。左右。左右。左右。负极负极负极负极ZnZnZnZn的稳定电位大约在的稳定电位大约在的稳定电位大约在的稳定电位大约在0.8V0.8V0.8V0.8V左右。左右。左右。左右。正极稳定电位正极稳定电位正极稳定电位正极稳定电位一般在一般在一般在一般在0.70.70.70.71.0

15、1.01.01.0之间。之间。之间。之间。n n工作电压工作电压工作电压工作电压1.1.1.1.极化主要是来自于正极极化主要是来自于正极极化主要是来自于正极极化主要是来自于正极2.2.2.2.电压的恢复特性电压的恢复特性电压的恢复特性电压的恢复特性 放电时工作电压下降，而断电后电池的电压放电时工作电压下降，而断电后电池的电压又逐渐缓慢回升又逐渐缓慢回升;恢复特性的原因是由于二氧化锰电极的表面恢复特性的原因是由于二氧化锰电极的表面的水锰石的转移所引起的的水锰石的转移所引起的.3.3.3.3.锌锰电池适合小电流间放锌锰电池适合小电流间放锌锰电池适合小电流间放锌锰电池适合小电流间放n n欧姆内阻欧姆

16、内阻欧姆内阻欧姆内阻 中性锌锰电池各部分的欧姆电阻中性锌锰电池各部分的欧姆电阻项目项目锌电锌电极极电解液层电解液层电芯电芯炭炭棒棒合计合计电阻电阻占总电阻占总电阻微微微微0.050.0522.822.80.080.0836.436.40.00.09 940.40.9 90.220.22100100n n容量及其影响因素容量及其影响因素容量及其影响因素容量及其影响因素1.1.放电制度对容量的影响放电制度对容量的影响2.2.锰粉的性质对容量的影响锰粉的性质对容量的影响3.3.电解液的浓度和纯度电解液的浓度和纯度4.4.制造工艺的影响制造工艺的影响n n贮存性能贮存性能贮存性能贮存性能 自放电自放电

17、五、中性锌锰电池制作工艺n n糊式电池糊式电池n n结构结构结构结构 隔离层采用浆糊层，所以称为糊式电池。属于氯隔离层采用浆糊层，所以称为糊式电池。属于氯化铵型电池。化铵型电池。n n特点特点特点特点 A.A.只适合小电流间放只适合小电流间放 B.B.成本低。成本低。n n纸板电池纸板电池n n结构结构结构结构 采用浆层纸代替糊式电池中的浆糊层作为隔离层。采用浆层纸代替糊式电池中的浆糊层作为隔离层。n n特点特点特点特点 A.A.容量增大容量增大 B.B.电池内阻减小，放电电流增大电池内阻减小，放电电流增大l两种类型电池的比较 铵型电池铵型电池 Zn2NH4Cl2MnO2Zn（NH3）2Cl2

18、2 MnOOH 锌型电池锌型电池 4Zn9H2OZnCl28MnO2 8MnOOHZnCl24 ZnO5 H2O 电电电电液液液液类类类类型型型型电导电导电导电导率率率率SmSm-1-1pHpH值值值值水蒸气水蒸气水蒸气水蒸气压压压压PaPaZnZn2 2离子状离子状离子状离子状态态态态氯氯氯氯化化化化锌锌锌锌型型型型氯氯氯氯化化化化铵铵铵铵型型型型151543434.64.65.45.42933293323402340Zn(HZn(H2 2O)O)2+2+ZnClZnCl4 4 2 2差异差异 氯氯化化铵铵型型 氯氯化化锌锌型型反应式不同无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

19、能好，不容易漏液蒸气压低高密封要求高密封要求高产物不同Zn（NH3）2Cl2，致密而坚硬的沉淀ZnCl24 ZnO5 H2O，水泥效应小小电电流流间间放放大大电电流流连连放放锌离子的存在形式负离子正离子负负极极化大极极化大负负极极化小极极化小pH值大小正极极化大正极极化大正极极化小正极极化小电液导电能力好好不好不好结论结论小小电电流流间间放放大大电电流流连连放、防漏性能好放、防漏性能好六、碱性锌锰电池制作工艺n n特点特点n n放电性能好：放电性能好：放电性能好：放电性能好：容量高，可大电流连放，放电曲线平稳容量高，可大电流连放，放电曲线平稳1.1.正极全部采用电解锰；正极全部采用电解锰；2.

20、2.负极为多孔锌电极负极为多孔锌电极 ；3.3.电解液电解液KOHKOH溶液的导电能力好；溶液的导电能力好；4.4.反应产物疏松且部分可溶反应产物疏松且部分可溶 .n n低温性能好：低温性能好：低温性能好：低温性能好：可以在可以在4040的温度下工作的温度下工作1.1.KOHKOH水溶液的冰点低；水溶液的冰点低；2.2.两极的极化较小；两极的极化较小；3.3.负极多孔锌电极，防止了锌电极的钝化。负极多孔锌电极，防止了锌电极的钝化。n n贮存性能好贮存性能好贮存性能好贮存性能好n n目前需注意的问题目前需注意的问题目前需注意的问题目前需注意的问题 防爬碱；需要强有力的防止自放电的措施，来防爬碱；需要强有力的防止自放电的措施，来取代汞。取代汞。