應用化學一次電池改

應用化學一次電池改2023/2/61第一頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁二.堿性鋅錳電池鋅錳電他的品種規(guī)格種類繁多，其命名按照IEC國際電工委員會1987年關于電池的有關規(guī)定．對單體電池是在英文大寫字母后加阿拉伯數(shù)字表示。R(Round)表示為圓柱形，F(xiàn)(Flat)為扁形。S(square)為方形，后面的阿拉伯數(shù)字越大，電池的尺寸越大，我們常稱的5號電池表示符號為R6．若是堿性鋅錳電池，還需要在加一個字母L，如LR6。另外．為了表示電池的性能特征．電池序號后還常常有C、P、S等符號分別表示高容量、高功率和普通型，如R6P表示高功率5號電池。第二頁，共四十頁，2022年，8月28日1.氯化銨型鋅錳電池（超級鏈接）第三頁，共四十頁，2022年，8月28日電池表達式：

(-)Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2,C(+)負極反應：

Zn-2e→Zn2+正極反應：

2MnO2+2H2O+2e→2MnOOH+2OH–放電過程中離子反應：

Zn2++2NH4Cl+2OH-→Zn(NH3)2Cl2+2H2O第四頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁電池反應：

Zn+2MnO2+2NH4Cl→2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2現(xiàn)用ZnCl2為主要電解質，電池反應為：

8MnO2+4Zn+ZnCl2+9H2O→8MnOOH+ZnCl2·4ZnO·5H2O2.堿性鋅錳電池（超級鏈接）電池表達式為：(一)Zn│濃KOH│MnO2

，C（+）負極反應：

Zn+2OH-—2e→Zn(OH)2Zn(OH)2+2OH-→[Zn(OH)4]2-正極反應：

MnO2+H2O+e→MnOOH+OH-

MnOOH+H2O+e→Mn(OH)2+OH-第五頁，共四十頁，2022年，8月28日堿性鋅二氧化錳電池的主要特征是具有高密度的二氧化錳陰極(正極)，大面積的鋅陽極（負極）以及高導電性能的KOH電解液。

電池的正極由70％的電解MnO2、10％的石墨和1％一2％的乙炔黑以及適量的融合劑和電解液等混合通過模壓而成。第六頁，共四十頁，2022年，8月28日電池的負極由一定粒徑分布(0.0075—00.8mm)的高純度的鋅粉(70％一80％)、粘接劑(6％)、KOH溶液以及表面活性劑等添加擠壓成凝膠狀或粉末電極，有時也在負極中添加極少量鉛以提高電極的耐腐蝕性能。KOH溶液的濃度通常在7-14mol·L-1之間。需要特別指出的是，考慮到鋅在與堿溶液接觸時的熱力學不穩(wěn)定性，有下列反應：第七頁，共四十頁，2022年，8月28日早期的鋅電極制備上加入了4％一8％的Hg以降低氫氣的析出，如今的措施有：第八頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁電池反應：Zn+MnO2+2H2O+2OH-→Mn(OH)2+Zn(OH)42-Ψ電池：1.55～1.85v，工作電壓：1.20v。圖3.3為堿性鋅錳電池的放電曲線電量電勢

MnOOH+Mn(OH)2Mn4+-Mn3+-O2--OH-第九頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁

3.堿性鐵鋅電池這是一種比鋅錳電池容量高50%的新型電池，它的陰極為高鐵酸鹽（K2FeO4，BaFeO4）。以取代MnO2電池反應為：

MFeO4+3/2Zn→1/2Fe2O3+1/2ZnO+MZnO

[M=2KorBa]優(yōu)點：放電時間長。第十頁，共四十頁，2022年，8月28日這種電池由于高鐵酸鹽良好的導電性，高速放電的時間遠長于普通的電池。據說如果將高鐵酸鹽與金屬氫化物一起組成電池，可以將僅由高鐵酸鹽為電極的一次電池變?yōu)榭沙潆姷亩坞姵?。過去曾經普遍認為，高鐵酸鹽是不穩(wěn)定的。但最近發(fā)現(xiàn)，如果高鐵酸鹽不含有能催化其分解的Ni2+和Co2+雜質，即使在濃的KOH溶液中也可以保持數(shù)年而不分解。第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁三.其它幾種鋅一次電池

1.鋅一氧化汞電池（錄像）電池表達式：（一）Zn│濃KOH│HgO,C(+)負極反應：Zn+2OH--2e→Zn(OH)2Zn(OH)2+2OH-→[Zn(OH)4]2-正極反應：HgO+H2O+2e→Hg+2OH-電池反應：Zn+HgO+2OH-+

H2O→Hg+[Zn(OH)4]2-集電器：Zn和石墨電動勢：1.35V,OVC與E基本一致第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁優(yōu)點：

電動勢和電壓穩(wěn)定(1.35V,一年內變化＜0.2％)

，比能量高，自放電小(<1%/年)

，活性物質利用率高，對于鋅負極接近100％，對于HgO接近90％：該電池可在較高溫度下工作(到70℃)，密封性好。缺點：正極材料較昂貴，且有污染，低溫下，工作能力差等。用途：可用作小型醫(yī)用儀器，電子表，計算器等小型儀器的電源。第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日平滑的放電曲線，說明放電平穩(wěn)，且HgO直接生成Hg，無中間產物生成。恒電阻放電曲線第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日

2.鋅─空氣電池

Zn-空氣電池直接使用空氣中的氧氣，將鋅和氧氣反應的化學能轉變?yōu)殡娔?。氧氣在需要時擴散到電池中作為正極反應物。在放電過程中空氣正極催化氧氣還原，而本身并不消耗或變化。由于空氣陰極（正極）非常結實，又具有內在的無限容量，可以達到很高的能量密度，結果增大了負極鋅的利用。第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁

電池表達式：(-)Zn│KOH│O2,C(+)

負極反應：

Zn+2OH--2e→ZnO+H2O

正極反應：

1/2O2+H2O+2e→2OH-

電池反應：

Zn+1/2O2→ZnO

集電極：

Zn和石墨

第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日該電池以濃的KOH溶液作電解液，集電器分別為Zn和石墨電池的電動勢與氧的分壓有關，空氣中氧的分壓為21％時，理論電動勢為1.63V.

由于氧電極反應的交換電流密度較小，電極很難達到熱力學平衡態(tài)，一般測得的開路電壓在1.4—1.5V之間。為提高氧電極的性能，一般將它制成多孔氣體體擴散電極，同時選用能高效催化氧氣還原的物質作電催化劑。多孔氣體擴散電極以活性炭作載體，以Pt．Ag，Ni等作電催化劑。第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁優(yōu)點：比能量高，放電電壓平穩(wěn)，工作電流平穩(wěn)，大電流放電時性能好，貯存時間長，無環(huán)境污染。缺點：輸出功率低用途：用于便攜式通風設備、雷達裝置、鐵路和航海訊號，儀器的電源等.注意：正在設法開發(fā)高能二次電池第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁

3.鋅─氧化銀電池（錄像）

電池表達式：(-)Zn│KOH│Ag2O,C(+)

負極反應：

Zn+2OH--2e→ZnO+H2O

正極反應：

Ag2O+H2O+2e→2Ag+2OH-

電池反應：

Zn+Ag2O→ZnO+2Ag

電動勢：

E=1.605v堿性鋅—氧化銀電池以鋅粉為負極．以氧化銀粉壓制成正極，電解液為飽和了鋅酸鹽的濃堿溶液(20％一45％)。其電池表達式為：第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁

優(yōu)點：

能量密度高、容量大，好的大電流放電性能，放電性能平穩(wěn)，低溫性能好，儲存壽命長，電池內阻基本不變。缺點：

Ag的應用成本高，限制了其使用范圍。用途：可用于可以不計成本的軍事、航天如魚雷、潛艇、火箭、衛(wèi)星等電源。在民用方面，以紐扣電池為主廣泛用于助聽器，攝象機、計算器等電子裝置上?？砷_發(fā)成二次電池。第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁四、鋰電池（一）概述

1.定義：

鋰電池是負極用金屬鋰或鋰合金化合物的一類電池的總稱。

2.性質：(1).理論容量：由于鋰是最輕的金屬(密度為0.534g·cm-3)，容量較高，約為鋅的4.7倍(2).電壓輸出功率：鋰的電負性最低，電極電勢負值最高，因此鋰電池的電壓高達4v以上，輸出能量超出200w·h·kg-1第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁

3.優(yōu)點：電池容量大，工作電壓高，工作溫度范圍大（-70~40℃），電功率大，放電性能平穩(wěn)。前景廣闊。

4.缺點：

安全性欠佳，價格較高，生產工序復雜。

5.用途：用于手機電池等。

6.電解液的選擇：第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日由于鋰高的電化學活潑性，因此，鋰電池一般采用有機溶劑作為電解液。電解液最重要的性能有：1、必須是質子惰性的；2、必須不與金屬鋰及正極物料發(fā)生反應；3、必須有高的離子傳導性能；4、應在一個寬的溫度范圍內保持為液態(tài)；5、應具有適宜的物理性能，如低的飽和蒸氣壓、無毒性等。

第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日一般用作鋰電池中電解液的有機溶劑：乙腈(AN)，2-甲亞砜(DMSO)，碳酸丙烯酯(PC)，1，2—二甲氧基乙烷(DME)，γ-丁內酯(γ-BL)等，無機溶劑有：亞硫酰氯(SOCl2)，硫酰氯(SO2C12)。支持電解質有：LiClO4，LiAsF6，LiBF4，LiPF6，LiCl，LiAlCl4等。第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁7.種類（1）按是否可以充電分為：一次電池，二次電池（2）按電解質的種類可分為：可溶正極鋰電池，固體正極鋰電池，固體電解液鋰電池。（二）幾種鋰電池一、可溶正極鋰電池：第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日下一頁最后頁上一頁第一頁（1)Li/SO2電池電池表達式為：(-)Li│LiBr,乙腈│SO2│C(+)

電極:正極為多孔的C和SO2，SO2以液態(tài)形式加到電解質溶液內，Li為負極，電池反應：2Li+2SO2→Li2S2O4優(yōu)點：輸出功率高，低溫性能好，貯存壽命長。(SO2溶于電解液中，與Li反應產生放電現(xiàn)象，同時生成了Li2S2O4保護膜，阻止了自放電的進一步發(fā)生以及容量損失，同時也導致了該電池的電壓滯后現(xiàn)象。圓柱形結構，見圖3.7第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日上一頁第一頁（2）Li/SOCl2電池

電池表達式為

：(-)Li│LiAlCl4,SOCl2│C(+)

電極：以多孔C作為正極，SOCl2既是溶劑，又是正極活性物質，常采用乙炔黑和聚四氟乙烯等混合后，制成薄片狀，壓制在鎳網上，負極是壓制在鎳網上的鋰箔。目錄總目錄第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日電池的化學反應是：放熱反應）電池采用卷繞式全密封結構，早期已用作心臟起搏器的電池。電池的開路電壓為3.6V，典型的工作電壓范圍在3.3～3.5V，放電截止電壓為3V。與Li／SO2電池一樣，放電電壓十分平穩(wěn)，特別是以小電流放電時，電壓非常平穩(wěn)且基本無容量損失。第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日但Li／SOCl2電池的安全性能較差，曾經引發(fā)過爆炸，因此使用時應注意避免短路、過放電，在貯存和使用時注意溫度不能太高，這樣可避免高溫下Li與S的熱反應。（2）Li/SO2Cl2

電池

電池表達式為

：(-)Li│LiAlCl4,SO2Cl2│C(+)硫酰氯第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日從反應可以看出，由于Li／SO2C12電池反應產物中無S生成，所以就不會有Li和S的放熱反應而引起的熱失控的危險，故安全性較好，在一些領域已成為Li／SO