化学电源 教学课件 作者 程新群 主编 化学电源 第2章 锌锰电池.pptVIP

尚辅网 尚辅网 尚辅网 MnO2晶型： [MnO6]八面体晶胞： 尚辅网 MnO2材料的种类：锰粉 天然MnO2（NMD） Natural manganese dioxide 软锰矿β-MnO2，MnO2含量70%~75%，可用于电池 硬锰矿α-MnO2，含Na+、K＋、Ba2＋、Pb2＋、NH4＋等离子以及其它的锰氧化物，性能极差 尚辅网 化学MnO2（CMD） Chemical manganese dioxide 活化MnO2： MnO2矿石粉碎，用H2SO4溶液洗去杂质和低价锰化合物，比表面积大，吸液性好，但相对视密度小，MnO2含量较低，较难达到70%以上 活性MnO2 ：MnO2矿石粉碎，加H2SO4溶液生成MnSO4，氧化成MnO2。相对视密度提高，MnO2含量可达70%以上，放电性能有较大提高 化学锰：MnO2矿石粉碎，加H2SO4溶液生成MnSO4，加沉淀剂转化为碳酸锰，加热焙烧得到氧化锰，最后氧化成MnO2。MnO2含量达90%以上，多半属于γ-MnO2，颗粒细、表面积大、吸附性能好、价格比电解锰便宜 尚辅网 电解MnO2（EMD） Electrolytic manganese dioxide 菱锰矿(MnCO3 )溶解得到MnSO4，除去杂质，再用电解法在阳极电沉积得到 。 阳极(钛板)：Mn2＋＋2H2O →MnO2＋4H＋ +2e- 阴极： 2H＋＋2e- →H2↑ 振动剥离，研磨成10～20μm，基本是γ-MnO2，MnO2含量大于90％，含水量为3～4％。超微粒电解锰粉平均粒度可在3～5μm 尚辅网 MnO2材料的种类： 尚辅网 尚辅网 尚辅网 2.3 锌电极Zinc electrode 尚辅网 2.3.1.阳极过程 锌电极的基本阳极过程 Zn→Zn2+ + 2e- 生成的Zn2+进入溶液，再与其它组分发生次级反应 锌电极的交换电流密度较大，电化学极化很小 锌电极的阳极极化主要来自于浓差极化，即放电产物Zn2＋离开电极表面受到的阻碍。 尚辅网 铵型电池 Zn2++2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2↓+2H+ 锌型电池 4Zn2++H2O+8OH--+ZnCl2→ZnCl2·4ZnO·5H2O↓ 碱锰电池（KOH溶液）： Zn2++4OH-→Zn(OH)42- Zn2++2OH-→Zn(OH)2 ZnO 尚辅网 电极电势：Zn→Zn2+ + 2e- 锌电极在平衡时的电极电位 可以表示为 φ平主要取决于电极附近液层中Zn2+活度，为了减少锌负极极化，应使Zn2+及时离开锌电极表面。 糊式电池离子移动阻力大 尚辅网 2.3.2. 锌电极自放电 1) 氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电 凡是有利于两个腐蚀共轭反应进行的因素，都将加速锌的腐蚀 凡是可抑制两个腐蚀共轭反应进行的因素，则可减缓锌的腐蚀 在中性溶液或酸性溶液中： 在碱性溶液中： 尚辅网 2) 氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电 在中性溶液或酸性溶液中： 在碱性溶液中： 氧的标准电极电位比较正，故氧存在时锌的自溶更严重 尚辅网 电池中氧的来源： 1.溶液中的溶解氧； 2.封口不严，空气中的O2进入电池内部，这时容易在空气线处发生锌（烂脖子病） 尚辅网 析氢原因：腐蚀微电池 电解液与电极中的杂质所引起的锌电极的自放电 锌电极表面不均匀性加速锌的腐蚀 应力、结晶差别、氧化膜、加工缺陷或棱角 温度升高，锌腐蚀速率增加 Zn上的析氢过电势： 析氢过电位高的金属有Pb、Cd、Hg、Zn、Bi、In、Sn、Ga等 析氢过电位较低的是Fe、Co、Ni、Cu、W等。 尚辅网 抑制Zn电极自放电的措施 采用纯度高的电极材料、电解液纯化、隔膜 提高表面均匀性 耐蚀性强的锌合金：铅、镉、汞、铟、铋、铝（注意毒性） In：抑制H2产生，降低锌粒表面接触电阻 Bi：Bi的加入量0.02～0.03% Al：与其它析氢过电位高的金属（In、Bi、Sn等）配合使用 电液中加入有机缓蚀剂：电池贮存时，有效抑制自放电。电池放电时，不影响锌的正常溶解。如硝基喹啉、联苯等。 电池密封 低温贮存：降低反应速率和增大析氢过电势 碱锰电池中的铜钉处理：镀Sn 尚辅网 2.3.3 锌电极材料 锌电极材料种类： 锌筒用于中性锌锰电池 锌片用于叠层锌锰电池 锌合金粉则用于碱性锌锰电池：喷雾法 尚辅网 尚辅网 无汞锌粉 锌合金粉：添加有铟、铋、铝、钙等 锌粉的形貌与粒度：球型、树枝状等 尚辅网 2.4 电解液 Electrolyte 尚辅网 中性电解液(NH4Cl、ZnCl2) 氯化铵：白色结晶，易溶于水，溶解过程要吸热，浓度为18.7%时，水溶液有最低冰点-16℃。电导率随[NH4Cl]浓度增加而增加。 氯化锌：白色晶体，易溶于水，ZnCl2 水溶液的电导率