【文章內(nèi)容簡介】 KOH。 堿性鋅錳電池 堿性鋅錳電池 1882年出現(xiàn)，到 1965年代才形成大批量生產(chǎn)。因以下問題逐步得到解決： (1) 采用粉狀多孔鋅電極代替片狀鋅電極。表面積增大上萬倍，解決了鋅片在堿液中易于鈍化的缺點(diǎn)； (2) 采用反極式電池結(jié)構(gòu)。將 MnO2電極放在外面，而鋅粉負(fù)極放在圓筒電池的中央，提高了 MnO2的填充量和利用率，并使正負(fù)極容量相匹配； (3) 通過對鋅粉汞齊化及在堿液中加人 ZnO并將電液凝化，解決了鋅在堿液中的腐蝕問題； (4) 從密封結(jié)構(gòu)、密封材料以及工藝等方面進(jìn)行改進(jìn)，解決了電池的密封問題，基本消除了爬堿現(xiàn)象。 堿性鋅錳電池的表示式 ： （ ） Zn∣ KOH∣ MnO2(C)（ +） 負(fù)極反應(yīng) ： Zn+2OH2e→Zn(OH) 2 → ZnO+H2O 也可將正極的放電產(chǎn)物寫作 Mn(OH)2。正極活性物質(zhì) MnO2的晶型為電解 γ型 正極反應(yīng) ： 2MnO2 +2H2O+2e→2MnOOH+2OH 電池反應(yīng)： Zn+H2O+2MnO2→ZnO+2MnOOH 圓筒形堿性鋅錳電池的結(jié)構(gòu) 正極活性物質(zhì)為電解 MnO2,含量在 91%以上 ， 比表面積在 29～ 33m2/g范圍內(nèi) 。 堿性鋅錳電池的外殼采用 鍍鎳鋼殼 ， 鍍鎳的目的是防腐并降低正極環(huán)與筒壁之間的接觸電阻 。 導(dǎo)電劑主要采用石墨 ， 一般正極粉料的錳碳比為 （ 85： 15） ～ （ 80： 20） 。 正極的制造一般通過干混 ﹑ 濕混 ﹑ 壓片 ﹑ 造粒 ﹑ 過篩等工序 ， 然后將處理好的粉料放在打環(huán)機(jī)中 ， 用高壓壓成環(huán)形體 （ 正極環(huán) ） ， 裝配時壓入電池殼內(nèi) 。 堿性鋅錳電池的 負(fù)極采用 鋅粉 ， 由于鋅的兩性 ，鋅粉在電液中有自溶現(xiàn)象 ： Zn+2KOH→K 2ZnO2+H2 ? 這不僅使負(fù)極的容量降低 ， 還會使電池發(fā)生氣脹和漏液等現(xiàn)象 ， 直接影響電池的使用和貯存性能 。 為了防止鋅的腐蝕 ， 傳統(tǒng)的方法是采用 汞齊化鋅粉 ， 因此堿錳電池曾一度是 各類鋅錳電池中用汞量最大的一種電池 。 電池中的汞是一種對人體有害的重金屬，含汞舊電池風(fēng)化腐蝕后，汞會滲漏出來，污染地下水，并被植物吸收，通過人、畜、植物食物鏈?zhǔn)谷梭w慢性中毒。我國過去堿錳電池中 汞齊化鋅粉 的汞含量達(dá) 6%，如今研究較多和較為成熟的 去汞措施 主要有： （ 1） 使用 無汞鋅粉合金 ， 嚴(yán)格降低雜質(zhì)含量 ，添加銦 ﹑ 鉍等活性添加劑；對其導(dǎo)電體銅釘進(jìn)行表面鍍銦 ﹑ 錫等修飾 。 （ 2） 在電液中 添加緩蝕劑 ， 如 In(OH)3﹑ 聚乙烯醚 等 。 （ 3） 加強(qiáng)工藝控制 ， 嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)可能帶來的 Fe﹑ Cu等雜質(zhì)污染 。 堿性鋅錳電池特點(diǎn) ： (1) 放電性能好。容量是普通鋅錳電池的 5倍以上，且可用于高速率連續(xù)放電，屬高功率電池。 (2) 低溫性能好。在低溫條件下的放電特性要優(yōu)于其他水溶液電解質(zhì)的一次電池，可以在零下 40℃ 的溫度下工作。 (3) 貯存性能和防漏性能良好。由于這種電池采用鋼制外殼，可以提供有效的密封，且電池的自放電小，在 20℃ 的條件下貯存一年容量僅損失 5％～ 10％，貯存三年容量損失 10％～20％。 三、其他鋅一次電池 鋅 氧化汞電池 負(fù)極：汞齊化鋅粉，正極：石墨粉和氧化汞，電解液：質(zhì)量分?jǐn)?shù) 35%~40%的 KOH。 電池的表達(dá)式： (－ )Zn ? KOH ? HgO (C) (＋ ) 負(fù)極反應(yīng)： Zn ＋ 2OH－ ? Zn(OH)2 ＋ 2e 正極反應(yīng)： HgO ＋ H2O ＋ 2e ? Hg ＋ 2OH－ 電池反應(yīng)： Zn ＋ HgO ? Hg ＋ ZnO 電池電動勢： ， 電池開路電壓與電動勢值基本一致 ， 且比較穩(wěn)定 。 （ 1） 放電電壓不受放電程度的影響而變化 ，放電平穩(wěn) 。 是常用電池中放電電壓最平穩(wěn)的電源之一 。 鋅 氧化汞電池特點(diǎn)： （ 2） 比能量高 （ 體積比能量達(dá) 550 Wh/L ） ，自放電小 （ 1%/年 ） 。 （ 5） 對人體和環(huán)境都有有害影響 ， 正逐漸被AgZn等電池所取代 。 （ 3） 活性物質(zhì)利用率高 ， 對鋅負(fù)極接近 100%，對于 HgO正極約為 90% （ 4）密封性好，可在較高溫度 (70oC)下工作。但低溫工作性能差。 鋅 氧化銀電池 負(fù)極：鋅粉，正極：氧化銀粉 (Ag2O或 AgO) ，電解液：飽和了鋅酸鹽的濃堿溶液 電池的表達(dá)式： (－ )Zn ? KOH ? Ag2O (C) (＋ ) 負(fù)極反應(yīng)： Zn ＋ 2OH－ ? ZnO ＋ H2O ＋ 2e 正極反應(yīng)： Ag2O ＋ H2O ＋ 2e ? 2Ag ＋ 2OH－ 電池反應(yīng)： Zn ＋ Ag2O ? 2Ag ＋ ZnO 電池電動勢： ， 其放電電壓非常平穩(wěn) ， 自放電較小 ， 是一種高比能量和高比功率的電池 。 ZnAgO電池放電曲線 在 軍事航天 等領(lǐng)域內(nèi)被廣泛用作導(dǎo)彈用電源 ﹑ 魚雷動力電源 ﹑ 潛艇 ﹑ 深潛器等艦船電源 ﹑ 軍事殲擊機(jī)應(yīng)急電源以及航天領(lǐng)域中的火箭 ﹑ 人造衛(wèi)星 ﹑ 宇宙飛船等電源 。 鋅 空氣電池 負(fù)極：鋅，正極：空氣中的氧氣 ，電解液：KOH溶液 電池的表達(dá)式： (－ )Zn ? KOH ? O2， (C) (＋ ) 負(fù)極反應(yīng)： Zn ＋ 2OH－ ? ZnO ＋ H2O ＋ 2e正極反應(yīng)： 1/2O2 ＋ H2O ＋ 2e ? 2OH 電池反應(yīng)： Zn ＋ 1/2O2 ? ZnO 電池電動勢： ， 其放電電壓平穩(wěn) ， 比能量高 （ 理論比能量 1350 Wh?kg－ 1） 。 四、鋰電池 鋰電池是用 金屬鋰作負(fù)極 活性物質(zhì)電池的總稱。由于鋰的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢最負(fù)（ ），因此，以鋰為負(fù)極組成的電池具有比能量大、電池電壓高的特點(diǎn)，并且具有放電電壓平穩(wěn)，工作溫度范圍寬、低溫性能好、貯存壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 已有六個品種商品化： Li－ I2， Li－ Ag2CrO4，Li一 (CFx)n， Li－ MnO2， Li－ SO2， Li－ SOCl2。 Li－ MnO2電池 負(fù)極：鋰 ，正極：電解 MnO2粉末 ，電解液：LiClO4溶解于混合有機(jī)溶劑中 電池的表達(dá)式： (－ ) Li ? LiClO4 ? MnO2 (C) (＋ ) 負(fù)極反應(yīng)： Li ? Li＋ ＋ e 正極反應(yīng)： MnO2 ＋ Li＋ ＋ e ? MnOOLi 電池反應(yīng)： Li ＋ MnO2 ? MnOOLi 工作電壓高 （ ～ 3V） ， 中 、 低倍率放電性能好 ， 比能量高 （ 200 Wh?kg－ 1或 400 Wh?L－ 1） 。 Li－ SO2電池 負(fù)極：鋅，正極： SO2 ，電解液： mol?L－ 1的 LiBr有機(jī)溶液 電池的表達(dá)式： (－ ) Li ? LiBr, SO2 ? MnO2 (C) (＋ ) 電池反應(yīng)： 2Li ＋ 2SO2 ? LiS2O4 （連二亞硫酸鋰） 是一次電池中較先進(jìn)的一種 ， 以可高功率輸出和卓越的低溫性能著稱 ， 適合于軍事應(yīng)用 。 。 第三節(jié) 二次電池 一、二次電池的通性 二次電池（蓄電池或可充電電池）：電池放電后可通過充電方法使活性物質(zhì)復(fù)原且充、放電過程能反復(fù)多次循環(huán)進(jìn)行的一類電池。 二次電池的重要特點(diǎn)：放電時化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，充電時電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能并貯存于電池中。 實(shí)用二次電池的特性：高能量密度、低內(nèi)阻、較寬使用溫度范圍、高能量效率、影響電池循環(huán)壽命的物理變化小等。 評價指標(biāo)：與一次電池相同 +容量效率、伏特效率、能量效率和充放電行為。 容量效率 ：在一定條件下二次電池放電時輸出的電量和電池充電至原始狀態(tài)時所需電量的比。 伏特效率 ：二次電池放電和充電過程的工作電壓之比，它反映了放電和充電過程極化的大小。反映電池可逆性。 能量效率 ：容量效率和伏特效率的乘積，是評價電池能量損失和極化行為的綜合指標(biāo)。 二、鉛酸蓄電池 鉛蓄電池 由 PbO2為 正極 ， 海綿狀鉛 為 負(fù)極 ，稀硫酸為電解液構(gòu)成的 裝置 。 鉛蓄電池的發(fā)展史 1859年 法國物理學(xué)家 普蘭特 在研究鉛片在硫酸溶液中的極化現(xiàn)象后發(fā)明了第一個鉛蓄電池。 1870年 韋爾納 發(fā)明了發(fā)電機(jī)，機(jī)械電源給鉛蓄電池的充電帶來了便宜的電源。 1873年 普蘭特 又利用手搖發(fā)電機(jī)給鉛蓄電池充電，這為鉛蓄電池的工業(yè)生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。 18811883年間 ， 鉛蓄電池極板制造工藝創(chuàng)造了 涂膏式極板 。 1890年以后，在西歐出現(xiàn)了以鉛蓄電池為動力的電動 車，后被汽車所取代 。 現(xiàn)在，環(huán)境問題要求蓄電池車代替汽車又成為科學(xué)所研究的一個課題，因?yàn)樗蓛簟⑿l(wèi)生、無噪音。 目前 ， 我國已經(jīng)成為世界上最大的鉛蓄電池生產(chǎn)和出口國 ， 鉛蓄電池產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的 1/3。 據(jù)不完全統(tǒng)計 ， 我國鉛蓄電池制造廠家已經(jīng)達(dá)到 1500家左右 ， 生產(chǎn)量平均以每年約20％ 的速度高速增長 。 2022年 ， 我國電池工業(yè)總產(chǎn)值為 1221億元 ， 銷售收入 1183億元 。 其中 ，鉛蓄電池總產(chǎn)值為 420億 元左右 ， 約占電池總產(chǎn)值的 35％ ， 與一次電池 、 小型二次電池形成三足鼎立的格局 。 澳大利亞投資 揚(yáng)州阿波羅蓄電池有限公司 （前揚(yáng)州華揚(yáng)蓄電池有限公司）座落于江蘇省揚(yáng)州市港口工業(yè)園，具有 40 年的專業(yè)生產(chǎn)蓄電池經(jīng)驗(yàn)，是國內(nèi)蓄電池行業(yè)首家外商投資企業(yè)，是中國電工器材行業(yè)協(xié)會鉛酸蓄電池專業(yè)分會重要成員，同時也是自 1997 年以來中國最大的汽車蓄電池出口企業(yè)。 公司專業(yè)生產(chǎn) 起動型干 /濕荷 、 少維護(hù) /免維護(hù)鉛酸蓄電池 ，主要生產(chǎn)汽車和船舶兩大類起動用鉛酸蓄電池，年設(shè)計產(chǎn)能 300 萬只，主要出口市場包括歐洲、澳洲、北美、中東、非洲、中國臺灣等。 鉛酸蓄電池的 特點(diǎn) (1) 可以 大電流放電 ，鉛酸蓄蓄電池是目前實(shí)用二次電池中放電電流最大的。 (2) 具有廣泛的適用性，電池可在很寬的溫度范圍內(nèi)提供較大或較小的電流。 (3) 具有 較高的可逆性 ，一般鉛酸蓄電池可進(jìn)行幾百個充放電循環(huán)。 (4) 電池 電動勢較高 ，每個單體電池為 2V。 (5) 原材料來源豐富，制造工藝簡便，價格便宜，具有高的性價比。 鉛酸蓄電池的分類 按電池極板的結(jié)構(gòu)可為： (1) 涂膏式 ：即將鉛的氧化物用硫酸的水溶液和水調(diào)成糊狀鉛膏，然后將鉛膏涂在用鉛合金鑄成的板柵上，經(jīng)表面干燥、固化、化成形成活性物質(zhì)，這種極板稱為涂膏式極板。 (2) 管式 ：用鉛合金制成不同于涂膏式板柵的導(dǎo)電骨架，在骨架外套以編織的纖維管，管中裝入活性物質(zhì)，克服了涂膏式極板活性物質(zhì)易于脫落的缺點(diǎn)。 (3) 形成式 ：極板由純鉛鑄成，其活性物質(zhì)是鉛本身在化成液中經(jīng)反復(fù)充電、放電形成的多孔薄層。 按電解液和充電維護(hù)情況分為： (1) 干放電 蓄電池：極板處于放電狀態(tài)，且是干燥的，電池內(nèi)無電解液貯存。使用時應(yīng)先灌入電液并進(jìn)行初充電。 (2) 干荷電 蓄電池：電池內(nèi)無電液貯存，極板處于干燥的充電態(tài)。灌入電液并放置短時間后即可使用。 (3) 濕荷電 蓄電池：電池內(nèi)存有少量電液，其大部分吸附于極板和隔板內(nèi)，極板處于充電態(tài)，在一定貯存期內(nèi)灌入電液不需充電即可使用。 (4) 帶液充電 蓄電池：電池內(nèi)貯有足夠的電液，極板處于充電態(tài)，隨時可用。 (5) 免維護(hù)、少維護(hù) 蓄電池：它也是帶液充電式蓄電池，但在規(guī)定的壽命期內(nèi)和保證正常運(yùn)行條件下，不需加水或極少次加水維護(hù)。 按用途分為：啟動型、固定型、動力型蓄電池； 根據(jù)其蓋和排氣栓結(jié)構(gòu)可分為：開口式、排氣式、防酸隔爆式及防酸消氫式。 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu) 鉛 酸 蓄電池主要是由 正負(fù)極板群 、 電解液 、隔板 和 電池槽 及其他零部件 組成 。 正負(fù)極板群 :由活性物質(zhì)和導(dǎo)電材料及一些添加劑所組成的 。 其主要作用是能起電流反應(yīng)和導(dǎo)電 。 它們是電能和化學(xué)能互相轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件之一 ， 也是決定鉛蓄電池性能的主要部件 。 電解液 ：為一定密度的 硫酸溶液 ，它參與電化學(xué)反應(yīng)并起保證正負(fù)極板之間的離子導(dǎo)電作用，在蓄電池工作 (放電）后的充電過程中，電液中硫酸又再產(chǎn)生出來，恢復(fù)電液原來的濃度。因此能始終保持正負(fù)極板之間的離