|
3．3．1 锌－锰系列电池
干电池是发展较早、应用广泛的一种实用原电池。主要是锌水溶液系列的原电池。
1 锌－锰干电池（中性锌——二氧化锰电池）
该电池的结构可简单表示如下：
（－）Zn∣ZnCl2,NH4Cl(糊状，淀粉)∣MnO2－MnO(OH)(石墨)(＋)
负极反应：Zn(s)＝Zn2+＋2e
正极反应:2NH4+＋2e＝ 2NH3＋H2
H2＋2MnO2＝ 2MnO(OH)
————————————————
2NH4+＋2MnO2＋2e＝2NH3＋2MnO(OH)
电池的总反应为：
Zn＋2NH4+＋2MnO2＝Zn2+＋2NH3＋2MnO(OH)
由于产生的H2在石墨电极周围的聚集，影响了石墨电极与电解液接触，导致内阻升高，使得电流不能畅通，称为极化。而电池中MnO2的功能主要是与H2作用（由NH4+还原产生的H2），以消除电池正极上H2的积聚，使电流畅通，故称MnO2为去极化剂。
该电池电动势1.5v与电池的大小无关。该电池连续放电性能较差，也不适宜较大的电流放电。目前正设法提高电池入电容量。同时因还原反应产生的NH3忽多忽少引起内阻增大，导致电动势的下降。人们若用别的电解质代替NH4Cl，从而可改善电池放电电压的稳定性。
1996年11月21日前后，新闻媒介报导一起由于电池充电时爆炸导致眼睛失明的案件。据分析，这类电池的可能性较大，因为产物有气体生成，而且是密闭体系，充电时间一般较长。在放电过程中池体变热，气体受热体积膨胀导致外皮破裂，爆裂时飞出的药品加上锌屑进入眼中，导致眼睛失明。应该指出，中性锌－－二氧化锰电池是绝对不能充电的，否则一定是假冒伪劣产品。
2．碱性锌－－二氧化锰电池
电池的结构简单表示如下：
(-)Zn-ZnO∣KOH(糊状）∣MnO2-MnO(OH),(钢筒)(＋)
负极反应：Zn(s)＋2OH-＝ ZnO(s)＋H2O＋2e
正极反应：2MnO2
＋2H2O＋2e＝ 2MnO(OH)＋2OH－
总反应式：Zn(s)＋2MnO2 ＋H2O ＝ 2MnO(OH)＋ZnO(s)
该电池与中性锌－－二氧化锰电池的主要差别是电解质和正极材料不同。它用高导电的糊状氢氧化钾代替其中的氯化铵。正极的导电材料为钢筒，二氧锰紧靠钢筒。
碱性电池因没有气体生成，内阻较低。再加上用锌屑代替中性干电池中整个锌筒，因而放电容量要比中性电池大3～5倍，且可用较大电流放电，低温和贮存寿命较好，放电电压平稳，能通过充电再使用数次。但这种电池价高，还需有良好的防碱漏措施。
3．锌－－氧化汞电池 简称锌－汞电池
（－）Zn(Hg)∣KOH（糊状，饱和ZnO）∣HgO-Hg,(石墨)（＋）
负极反应：Zn(Hg)＋2OH－＝ ZnO(S)＋H2O＋2e
正极反应: HgO(S) ＋H2O＋2e＝ Hg(l)＋2OH－
电池的总反应：Zn＋HgO(S)＝ ZnO(S)＋Hg(l)
该电池已成为目前水溶液原电池中比能量较高的一种电池。由于自放电小，故放电电压平衡，能保持在1.3v左右，贮存寿命也长。易小型化，常制成钮扣电池，用于助听器，心脏起博器中的电池。问题是价格高，还用到HgO贵重材料，废电池对环境有污染。
4．锌－空气电池
该电池以锌作负极，正极的导电材料为活性炭。正极的活性物质为空气中的氧，30％的氢氧化钾溶液作电解质。用玻璃纸、维尼纶或水化纤维素纸等做隔绝，用塑料做外壳构成的一种电池 。其结构表示如下：
（－）Zn－ZnO∣KOH(30%)∣O2, (活性炭) （＋）
负极反应：Zn(S)＋2OH-＝ ZnO(S)＋H2O＋2e
正极反应:
1/2O2＋H2O＋2e＝ 2OH-
电池的总反应：Zn(S)＋1/2O2 ＝ ZnO(S)
其工作电压一般在1.0～1.2v左右。这种电池的正极有效材料是空气中的氧，具有比能量高、价廉，且在较大电流下工作仍保持电压稳定的优点，但间歇放电性能差，不能多次充电放电，也不适用于在紧密闭合的系统里工作。
3．3．2 银－锌蓄电池
该电池的正、负极都是用银丝制成的栅板作为导电材料，正极的活性物质是Ag2O，压在栅板上并烧结成型。（实际上是银粉氧化而成）。负极的活性物质主要是锌粉和氧化锌粉的混合物并加上粘合剂，调成糊膏状涂在栅板上外面包以耐碱性棉纸、经烘干成型。
电解质用的是KOH和Zn(OH)2溶液。
（－）Zn∣KOH(40%),Zn(OH)2∣Ag2O —Ag (＋)
电池充电放电的反应是：
电池的优点：比能量高，可达150～200w×h×Kg-1。电池内阻小，特别适于强电流密度放电，工作电压稳定，实际电压约为1.5v。但价格昂贵，循环寿命短，低温性能较差，一般 用于航空、火箭上。是目前广泛应用的蓄电池中比能量最高的一种。
蓄电池主要向提高比能量、增加充放电次数和延长使用寿命的方向发展。还要考虑价格适当，不污染环境。
3．3．3 镉－镍蓄电池
电池的电解质是KOH和NaOH溶液。正极活性材料是三氧化二镍，负极活性材料为镉和铁的混合物。
电池充电放电的反应为：
这种电池在充放电过程中氢氧化钾只起传导电流和介质的作用，其化学成份和相对密度基本不变。
电池的特点：循环寿命长，一般可达2000～4000次循环；它的使用期限通常可达10～15年，甚至更长。是目前循环次数和使用期限最长的一种蓄电池。其中Cd－Ni蓄电池常与太阳能电池配套作为通信卫星电源使用。但缺点是：价格高，比能量不高，约30w.h.Kg－1。它是非全密封式电池，因碱液吸收空气中的CO2，需经常更换碱液。因为电解质的爬碱现象对密封工艺要求也很高。
3．3．4 铁－镍蓄电池
电池的电解质是碱性溶液，即KOH和NaOH溶液。正极活性材料是Ni2O3，负极活性材料为铁粉。
电池充电放电的反应是：
优点：价格便宜；缺点是自放电大，充电效率低，通常用于矿井和铁路运输。
3．3．5 铅蓄电池
铅蓄电池充放电过程的反应式为：
该电池的主要优点是价廉，充放电循环次数可达300～500次以上。其缺点是质量大，比能量低，仅有20～30w×h×Kg－1。
铅蓄电池至今仍是使用最广、产量最高的蓄电池。
 |
 |
| 燃料电池 |
蓄电池 |
|
视频：能源科学资料集成——燃料电池
|
