鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負極，氯化銨水溶液為主電解液的原電池。俗稱乾電池。在學術界中又稱為勒克朗謝電池。
基本介紹
- 中文名：鋅錳電池
- 外文名：zinc-manganese battery
- 俗稱：乾電池
- 正極：二氧化錳
- 負極：鋅
簡介,發展,性能和用途,投資,化學反應,分類,組合方式,結構,電解液,放電性能,原材料,鋅錳電池的汞齊化,
簡介
鋅錳電池是用麵粉、澱粉等使電解液成為凝膠，不流動，形成隔離層，或用棉、紙等加以分隔。鋅錳電池的開始電壓隨使用的MnO2的種類、電解液的組成和pH值等的不同而異，一般在1.55～1.75V，公稱電壓為1.5V。最適宜的使用溫度為15～30℃。
發展
鹼性錳電池是普通乾電池的升級換代的高性能電池產品，有LR6(五號)和LR03(七號)兩種產品電池。產品分普通型(含汞量0.60%)和微汞量(含汞量不大於0.025%)，現正在開展無汞型電池試製。
性能和用途
電池性能符合國家行業標準，與國外電池性能相當。由於能重負載，大電流放電，電容量大，低溫性能和防漏性能好，性能價格比高(價為乾電池2-3倍，大電流工作電能是6-8倍)等優點而廣泛用於民用和工業。特別適用於閃光照相機，微型收錄機，攝像機，對講機，BP機，剃鬚刀，手掌型彩電和遊戲機，玩具，遙測器，報警器，計算器，助聽器，手電筒和電鐘等儀器設備。如AA型(五號)鹼性鋅錳電池用於閃光照相機可連拍8-10個膠捲，而乾電池只能拍1-2個膠捲，鎘鎳電池就不能使用。可以說凡是使用乾電池，鎘鎳電池的都可由鹼性鋅錳電池來取代。
投資
生產所用的原材料在國內均有定點供應，設備投資70萬元，設備半年之內到位。廠房面積240-260平方米(不含辦公用房)，電力要50-60千瓦。
化學反應
以下是鹼性鋅錳乾電池的反應。
正極為陰極反應：
MnO2+H2O+e-→MnOOH+OH-
MnOOH在鹼性溶液中有一定的溶解度
MnOOH+H2O+OH-→Mn(OH)4-
Mn(OH)4-+e-→Mn(OH)42-
負極為陽極反應：
Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e-
Zn(OH)2+2OH-→Zn(OH)42-
總的電池反應為：
Zn+MnO2+2H2O+4OH-→Mn(OH)42-+Zn(OH)42-
酸性鋅錳乾電池反應:
負極為鋅，被氧化為二價鋅離子：
Zn-2e-=Zn2+
正極為碳棒，銨根被還原
2NH4++2e-=2NH3↑+ H2 ↑
產生的氨氣和氫氣分別被Zn2+和MnO2吸收
4NH3+Zn2+=Zn(NH3)42+，H2+2MnO2=2MnOOH
總的電池反應為：
4MnO2+2Zn+4NH4+ =4MnOOH+Zn(NH3)42+ +Zn2+
分類
組合方式
按組合方式分：有單體電池、組合電池和複式電池 3類。單體電池按形狀又可分為圓筒形、方形和扁平形 3種。根據不同的使用要求，由若干只相同型號的單體電池通過串聯或並聯組合在一起的稱為組合電池。如層疊電池就是一種扁平形單體電池串聯組成的組合電池。由兩種不同型號的單體電池組合而成的，稱為複式電池。各國對於鋅錳電池型號的表示方法不盡相同，其中使用比較普遍的是國際電工委員會第35技術委員會(IEC/TC35)所規定的表示方法。中國採用此法。其要點是：用字母“R”、“S”和“F”分別表示圓筒形、方形和扁平型單體電池；字母后面的阿拉伯數字表示電池的型號，每一型號代表了規定的外形尺寸；組合電池以字母前所置的數字表示串聯電池的個數，並聯電池的個數置於單體電池型號之後，並用短線分開。如：S4、6F22、3R20-4。複式電池的型號，一般用其所包含的組合電池來表示。
結構
電解液
按電解液的成分分：電解液以氯化銨為主體的稱為氯化銨型（或銨型）電池；以高濃度氯化鋅為主體的稱為氯化鋅型（或鋅型）電池。
放電性能
按電池的放電性能分：有普通品 (S)、高電荷量(C)和高功率(P)3種類型。分別置於電池型號的後面,以示區別。如R6P表示R6高功率電池。
原材料
①二氧化錳：俗稱錳粉。是正極的活性物質，直接參加電化學反應，是決定電池電荷量的主要材料。根據其製備方法可以分為天然二氧化錳、化學二氧化錳和電解二氧化錳。其中電解二氧化錳的電化學活性最高，化學二氧化錳次之。
②石墨：正極原料之一。有顯晶型(俗稱鱗片狀)和隱晶型(俗稱土狀)兩種。石墨不參加電化學反應，有良好的導電性，具有吸附性和粘著性。摻入電芯中可以提高電芯的導電性。它粘著在多孔錳粉的周圍吸收一定量的電液，使電芯保持一定的水分，可充分提高錳粉的利用率。
③乙炔黑：在正極中的作用與石墨相似。它的比重很小、顆粒較細，平均直徑為35～45毫微米，比表面為60～70m2/g，導電性僅次於石墨，分散性、吸水性遠優於石墨。
④鋅：負極活性物質，兼作電池的容器和負極引電體，是決定電池貯存性能的主要材料。在鋅片中含有少量的鎘和鉛。鎘能增強鋅的強度，鉛能改進鋅的延展加工性能。鎘與鉛均能提高氫在鋅電極上的過電位，減少鋅電極的自放電，減緩鋅片的腐蝕和氫氣的釋放。鋅片中若含有Cu、Fe、Ni等，將降低H2在鋅電極上析出的過電位，加速電池在貯存過程中的自放電，因此這些有害雜質必須嚴格控制。
⑤氯化銨：是鋅錳電池電解液的主要成分。其作用是：補充放電過程中由於正極反應減少的H+；在正極中也加入一定量的固體氯化銨，以補充放電時電解液中氯化銨的減少；增強電解液的導電性。
⑥氯化鋅：用於電解液中。主要作用有：減緩鋅片腐蝕，保持電解液中的水分，破壞澱粉的鏈狀結構，加快電解液的糊化速度，減少正極電芯在放電過程中pH值的提高。
⑦麵粉、澱粉：主要作用是使電解液糊化後成為不流動的隔離層，使它既有良好的離子導電性，又能固定電芯，便於攜帶使用；對鋅片有保護作用，可減緩鋅片的腐蝕。麵粉比澱粉粘性好，粘附力強，保持水分性能好，不易沉澱。所以在配製電解液時，澱粉、麵粉互相搭配使用。
鋅錳電池的汞齊化
汞在室溫下能與固體狀態下的金屬粉末經調和後形成合金，這種合金化的過程稱為汞齊化。在鹼性電池中，汞齊化無時無刻不在發生著，那么鹼性電池汞齊化的原因是什麼呢？
鹼性鋅錳乾電池鋅粉汞齊化主要是提高鋅粉在喊性電液中的氫過電壓，抑制其在鹼液中發生氫氣。鋅粉汞齊化後形成的汞齊化膜可將鋅粉表面覆蓋均勻平整，從而改變了鋅粒表面狀況，使鋅電極活化，從而提高電池的電性能，降低電池的漏液率。在電池放電過程中，汞則在鋅粒表面不斷向鋅粒內部擴散，因此，使放電平穩。所以，在汞齊化率低的條件下，要保持鋅粉耐蝕性，就必須添加適量的能提高氫過電位，阻制汞在電池放電前向鋅拉子內部擴散的微量元素，並在不影響放電反應范國內，適當減少鋅粉比表面積。同時鹼性電池的鋅粉必須嚴格控制重金屬雜質，尤其是鐵，因為鐵不易汞齊，從而控制雜質含量。
汞由於其高毒性及污染性都在尋求其合適的替代物，包括各種氧化物、氫氧化物或金屬鹽等無機物以及聚乙烯氧化物，聚乙二醇類，芳烴類多元醇等各種有機物。無機物可以在電池液中加入In2O3或In(OH)3，至於有機類含聚氧乙烯基的較為被重視，這種基團表面活性劑在水中不電離，不受酸鹼影響而且成本低，能夠改善電池放電性能。
隨著環保意識的不斷加強，各大鹼性電池廠家均已投入到了無汞鹼性鋅錳電池的生產製造。
