第二节锌锰电池概要.ppt

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第二节 锌-二氧化锰电池 主要内容: 锌锰电池概述 二氧化锰正极 锌负极 电池反应和电性能 中性锌锰电池制作工艺 碱性锌锰电池制作工艺 本章重点: 正极:二氧化锰的反应机理 负极:锌电极的自放电、引起自放电的原因和降低自放电的措施。 电池反应和性能:两类中性电池的比较、中性电池与碱性电池的比较 一、 概述 (-)Zn| |MnO2(+) 锌锰电池的分类 中性锌锰电池 NH4Cl+ZnCl2的水溶液 NH4Cl型电池 电解液以NH4Cl为主,少量的ZnCl2 Zn|NH4Cl(ZnCl2)|MnO2 ZnCl2型电池 电解液以ZnCl2为主,少量的 NH4Cl Zn|ZnCl2 (NH4Cl)|MnO2 碱性锌锰电池 电解液为KOH的水溶液 Zn|KOH |MnO2 特点 优点:原材料来源丰富,价格便宜;使用方便,不 需维护。 缺点:只适合于小电流间放。 二、 二氧化锰电极 MnO2电极的电化学行为: 质子-电子机理 MnO2阴极还原的初级过程 MnOOH的生成 MnO2+H++e→MnOOH MnO2阴极还原的次级过程 MnOOH的转移 歧化反应 2MnOOH+2H+→MnO2+Mn2++2H2O 固相质子扩散 MnO2阴极还原的控制步骤 次级过程为控制步骤,即水锰石(MnOOH)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。 MnO2的晶型与性能: γ-MnO2 β-MnO2 α-MnO2 从晶型结构来讲,γ-MnO2的性能应最好,极化小,放出的容量大。 三、 锌负极 锌电极的阳极过程 Zn-2e → Zn2+ 在碱性介质中:KOH溶液 Zn2++2OH-→Zn(OH)2? ZnO+H2O Zn(OH)2+2KOH→K2 ZnO2+2 H2O 或 ZnO+2 KOH→K2 ZnO2+H2O 在中性介质中:NH4Cl+ZnCl2 以NH4Cl为主: Zn2++2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2↓+2H+ 以ZnCl2为主: 4 Zn2++9 H2O+ ZnCl2→ZnCl2·4 ZnO·5 H2O+ H+ 锌负极的极化 与正极MnO2相比,锌负极的极化要小得多。正常放电情况下电化学极化是较小的,主要是浓差极化。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。 锌负极的自放电 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 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 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,即吸氢腐蚀 影响锌电极自放电的因素 锌的纯度及表面均匀性的影响 溶液pH 值的影响 电液中NH4Cl、ZnCl2浓度对自放电的影响 温度的影响: 降低锌负极自放电的措施: 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 对电液进行净化 贮存电池的温度低于25℃ 电池要严格密封 四、锌锰电池的电池反应和电性能 中性介质中的锌-锰电池的电池反应 以NH4Cl为主的锌-锰电池(氯化铵型电池) (-) Zn∣NH4Cl∣MnO 2 (+) 负极反应: Zn+2NH4Cl-2e → Zn(NH3)2Cl2↓+2H+ 正极反应: MnO2+H2O+e → MnOOH+OH- 电池反应: Zn+2NH4Cl+2MnO2→Zn(NH3)2Cl2↓+2 MnOOH 电池的反应较为复杂,产物也十分复杂,但反应的主要产物是Zn(NH3)2Cl2。 以ZnCl2为主的锌-锰电池(氯化锌型电池) (-) Zn∣ZnCl2∣MnO 2 (+) 负极:4Zn-8e+8H2O+ ZnCl2→ZnCl2·4 Zn(OH)2+8 H+ 正极: 8MnO2+8H++8e → 8MnOOH 电池反应: 4Zn+8H2O+ZnCl2+8MnO2→8 MnOOH+ZnCl2·4 Zn(OH)2 碱性介质中的锌-锰电池(碱锰电池)的电池反应 (-) Zn∣KOH∣MnO 2 (+) 负极反应:Zn-2 e+2OH-→Zn(OH)2? ZnO+H2O 正极反应:2MnO2+2H2O+2

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