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为什么碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好

钜大LARGE  |  点击量:9187次  |  2018年09月13日  

摘要
锌锰电池可以分为普通锌锰电池和碱性锌锰电池。普通锌锰电池:正极是石墨棒和二氧化锰(MnO2),负极材料是锌片,电解质是氯化铵(NH4Cl)和氯化锌(ZnCl2)的淀粉糊状物。由于正极有石墨棒,所以普通锌锰电池有时候又叫作碳性电池。

锌锰电池可以分为普通锌锰电池和碱性锌锰电池。


普通锌锰电池:正极是石墨棒和二氧化锰(MnO2),负极材料是锌片,电解质是氯化铵(NH4Cl)和氯化锌(ZnCl2)的淀粉糊状物。由于正极有石墨棒,所以普通锌锰电池有时候又叫作碳性电池。


碱性锌锰电池:正极是二氧化锰,负极是锌,电解质以氢氯化钾(KOH)较为常见。碱性电池可以说是普通锌锰电池的升级产品。


碱性锌锰电池的整体性能要高于普通锌锰电池:


碱性电池的容量明显高于普通电池,约是后者的3-8倍;


碱性电池的放电容量要明显高于普通电池,更适合大电流放电;


碱性电池的贮存期可达3-7年,是普通电池的3-7倍;


碱性电池的原材料利用率更高,如锌利用率是普通电池的3-8倍。


所以碱性锌锰电池比普通锌锰电池来说更好些。


碱性锌锰电池是以锌为负极,二氧化锰为正极,氢氧化钠或氢氧化钾为电解质,采取反极式结构制成的电池。[1]


简介


以锌为负极,二氧化锰为正极,氢氧化钾溶液为电解液的原电池。简称碱锰电池,俗称碱性电池。其产品系列都用字母“LR”表示,其后的数字表示电池的型号。


最早见诸于德国专利的碱锰电池是一种湿电池。1912年又有一种干电池取得德国专利。直到1949年才有美国悦华公司的“皇冠”型电池投入市场。1960年开发成功圆筒形结构以后,碱锰电池才得以迅速发展。


碱性锌锰电池是普通干电池的升级换代的高性能电池产品,有LR6(五号)和LR03(七号)两种产品电池。产品分普通型(含汞量0.60%)和微汞量(含汞量不大于0.025%),现正在开展无汞型电池试制。


电极反应式


纽扣电池:


负极反应:Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2


正极反应:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-


总反应:Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O3


一般电池:


负极反应:Zn+2OH-=Zn(OH)2+2e-,Zn(OH)2+2OH-=[Zn(OH)4]2-


正极反应:MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-,MnOOH+H2O+e-=Mn(OH)2+OH-


总反应:Zn+MnO2+2H2O+2OH-=Mn(OH)2+[Zn(OH)4]2-


(1)圆筒型电池结构


碱性锌锰电池具有代表性的圆筒型,与圆筒型普通锌锰电池的结构布局恰好相反。碱性锌锰电池中圆环状正极紧挨容器钢筒内壁,负极位于正极中间,有一个钉子形的负极集流器,这个钉子被焊在顶部盖子上,作为电池的负极,而钢筒为正极。为了方便并能与普通锌锰电池互换使用,同时避免使用时正负极弄错,电池在设计制造时,将上述碱性锌锰电池的半成品倒置过来,使钢筒底朝上,开口朝下,再在钢筒底上放一个凸形盖(假盖),正极便位于上方;在负极引出体上焊接一个金属片(假底),这样,外观上碱性锌锰电池正、负极性和形状与普通锌锰电池就一致了。


(2)卷式电池结构


其结构以金属网作载体,把正、负极分别压制成薄带状,再与隔膜叠合在一起卷成螺旋状(电容式)结构的电池,这种结构的特点是正、负极作用面积大,超电势小,从而在低温、大电流放电时可获得更高的容量。


(3)方型单体式电池结构


方型单体电池正、负极采用极群式结构,正、负极分别压制成方型薄片,极片中间夹有金属集流网。


制作方法


最普及的碱锰电池有圆筒形和纽扣形两种,此外还有方形和扁形等品种。圆筒结构电池(见图)的外壳为一带有正极帽的镀镍钢壳,它兼作正极集电体。壳内与之紧密接触的是用电解二氧化猛、石墨


碱性锌锰电池


碱性锌锰电池


和碳黑压制成的正极环(阴极)。中间填充由锌粉和凝胶碱液调制成的锌膏,即负极胶(阳极),其内插有一根黄铜集电体。正负极之间用耐碱吸液的隔离管隔离。负极集电体与负极帽相焊接,并套入塑料封圈。将此组合件插入钢壳并卷边密封,钢壳外用热缩性薄膜商标包住,即成为商品电池。纽扣式碱锰电池的结构和尺寸规格基本上与锌银扣式电池相同。电池内活性物质的典型配方(质量):正极为电解二氧化锰90~92%,石墨粉8~9%,乙炔炭黑0.5~1%;负极为汞齐锌粉88~90%,氧化锌5~7%,CMC钠盐3~4%,KOH溶液(外加)适量。电解液为8~12NKOH溶液,其中溶入适量氧化锌。


性能特征


碱锰电池的标称电压为1.5V,最高电压为1.65V,其放电性能与普通锌锰电池相比有下列特点:①内阻小,能在重负荷下连续工作的同时维持较高的稳定电压;②MnO2利用率高,同体积相比较,其电荷量比纸板电池大一倍左右;③储存期内自放电率小,一般储存3年仍能保持原有电荷量的85%,寿命较长;④低温性能好,在-20℃能输出常温电荷量的25%,轻负荷下还能在更低的温度下工作;⑤在特定的设计和严格控制的使用条件下,可作为廉价的蓄电池多次充电反复使用。MnO2掺杂钛或其他一些金属氧化物,可提高MnO2的充电性能。


品种规格和用途


常用的圆筒形碱锰电池的主要品种的规格见表。纽扣式碱锰电池的电荷量约为同尺寸的锌银扣式电池的55%。常用型号有LR41、LR43、LR44、LR54和LR55等,其尺寸规格和它们相对应的锌银扣式电池相同。

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