鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負(fù)極，氯化銨水溶液為主電解液的原電池。俗稱干電池，具有重負(fù)荷、大電流、連續(xù)放電能力強(qiáng)、工作電壓平穩(wěn)、防漏性能優(yōu)良、貯存時(shí)間長(zhǎng)和低溫性能好等特點(diǎn)。在學(xué)術(shù)界中又稱為勒克朗謝電池。
簡(jiǎn)介
鋅錳電池亦稱為堿性干電池、堿性鋅錳電池、堿錳電池，是鋅錳電池系列中性能最優(yōu)的品種。適用于需放電量大及長(zhǎng)時(shí)間使用。電池內(nèi)阻較低，因此產(chǎn)生之電流較一般錳電池為大，而環(huán)保型含汞量只有0.025%，無(wú)須回收。堿性電池是最成功的高容量干電池，也是目前最具性能價(jià)格比的電池之一。鋅錳電池是以二氧化錳為正極，鋅為負(fù)極，氯化水溶液為主電解液的原電池。俗稱干電池。在學(xué)術(shù)界中又稱為勒克朗謝電池。
以二氧化錳為正極，鋅為負(fù)極，氯化銨水溶液為主電解液的原電池。在學(xué)術(shù)界中又稱為勒克朗謝電池。用面粉、淀粉等使電解液成為凝膠，不流動(dòng)，形成隔離層，或用棉、紙等加以分隔。鋅錳電池的開(kāi)始電壓隨使用的的種類、電解液的組成和pH值等的不同而異，一般在1.55～1.75V，公稱電壓為1.5V。最適宜的使用溫度為在以下的低溫條件下，普通鋅錳電池不能工作。
鋅錳電池便于攜帶，使用方便，品種齊全，工藝穩(wěn)定，原料豐富，價(jià)格低廉，因而長(zhǎng)期保持化學(xué)電源產(chǎn)品的主要地位并能持續(xù)發(fā)展。但是它的比能量低，工作電壓穩(wěn)定性差，尤其在大電流密度放電時(shí)更為明顯。
鋅錳電池用途十分廣泛，可作為電話機(jī)、信號(hào)裝置、儀器儀表等所需的直流電源，以及照明、收音機(jī)、錄放音機(jī)、電動(dòng)玩具、計(jì)算器、助聽(tīng)器、照相機(jī)等日常用電器具的電源。
原理
鋅錳電池的電化學(xué)反應(yīng)可簡(jiǎn)單地表示為：
正極：
負(fù)極：
總反應(yīng)式：
由反應(yīng)式可以看出，正極二氧化錳放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)，使溶液中的 濃度減少，所以電解液的pH值增高，堿性增大，使二氧化錳電極電位向負(fù)的方向移動(dòng)。負(fù)極鋅放電時(shí)，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅電極的濃差極化使鋅電極電位向正的方向移動(dòng)。因此放電時(shí)，電池電壓下降。
電化學(xué)體系的表示式為：
發(fā)展
堿性錳電池是普通干電池的升級(jí)換代的高性能電池產(chǎn)品，有LR6(五號(hào))和LR03(七號(hào))兩種產(chǎn)品電池。產(chǎn)品分普通型(含汞量0.60%)和微汞量(含汞量不大于0.025%)，現(xiàn)正在開(kāi)展無(wú)汞型電池試制。
分類
鋅錳電池有多種分類方法。
①按組合方式分：有單體電池、組合電池和復(fù)式電池 3類。單體電池按形狀又可分為圓筒形、方形和扁平形 3種。根據(jù)不同的使用要求，由若干只相同型號(hào)的單體電池通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)組合在一起的稱為組合電池。如層疊電池就是一種扁平形單體電池串聯(lián)組成的組合電池。由兩種不同型號(hào)的單體電池組合而成的，稱為復(fù)式電池。各國(guó)對(duì)于鋅錳電池型號(hào)的表示方法不盡相同, 其中使用比較普遍的是國(guó)際電工委員會(huì)第35技術(shù)委員會(huì)(IEC/TC35)所規(guī)定的表示方法。中國(guó)采用此法。其要點(diǎn)是：用字母“R”、“S”和“F”分別表示圓筒形、方形和扁平型單體電池；字母后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示電池的型號(hào)，每一型號(hào)代表了規(guī)定的外形尺寸；組合電池以字母前所置的數(shù)字表示串聯(lián)電池的個(gè)數(shù)，并聯(lián)電池的個(gè)數(shù)置于單體電池型號(hào)之后，并用短線分開(kāi)。如：S4、6F22、3R20-4。復(fù)式電池的型號(hào)，一般用其所包含的組合電池來(lái)表示。
②按結(jié)構(gòu)分：采用面粉、淀粉和電解液形成的凝膠作為正負(fù)極間的隔離層的，稱為糊式電池；采用漿層紙為隔離層的稱為紙板電池；采用高分子薄膜材料為隔離層的稱為薄膜電池。
③按電解液的成分分：電解液以氯化銨為主體的稱為氯化銨型（或銨型）電池；以高濃度氯化鋅為主體的稱為氯化鋅型（或鋅型）電池。
④按電池的放電性能分：有普通品 (S)、高電荷量(C)和高功率(P)3種類型。分別置于電池型號(hào)的后面，以示區(qū)別。如R6P表示R6高功率電池。
原材料
有以下幾種。
①二氧化錳：俗稱錳粉。是正極的活性物質(zhì)，直接參加電化學(xué)反應(yīng)，是決定電池電荷量的主要材料。根據(jù)其制備方法可以分為天然二氧化錳、化學(xué)二氧化錳和電解二氧化錳。其中電解二氧化錳的電化學(xué)活性最高，化學(xué)二氧化錳次之。
②石墨：正極原料之一。有顯晶型(俗稱鱗片狀)和隱晶型(俗稱土狀)兩種。石墨不參加電化學(xué)反應(yīng)，有良好的導(dǎo)電性，具有吸附性和粘著性。摻入電芯中可以提高電芯的導(dǎo)電性。它粘著在多孔錳粉的周圍吸收一定量的電液，使電芯保持一定的水分，可充分提高錳粉的利用率。
③乙炔黑：在正極中的作用與石墨相似。它的比重很小、顆粒較細(xì)，平均直徑為35～45毫微米，比表面積為，導(dǎo)電性僅次于石墨，分散性、吸水性遠(yuǎn)優(yōu)于石墨。
④鋅：負(fù)極活性物質(zhì)，兼作電池的容器和負(fù)極引電體，是決定電池貯存性能的主要材料。在鋅片中含有少量的鎘和鉛。鎘能增強(qiáng)鋅的強(qiáng)度，鉛能改進(jìn)鋅的延展加工性能。鎘與鉛均能提高氫在鋅電極上的過(guò)電位，減少鋅電極的自放電，減緩鋅片的腐蝕和氫氣的釋放。鋅片中若含有Cu、Fe、Ni等，將降低在鋅電極上析出的過(guò)電位，加速電池在貯存過(guò)程中的自放電，因此這些有害雜質(zhì)必須嚴(yán)格控制。
⑤氯化銨：是鋅錳電池電解液的主要成分。其作用是：補(bǔ)充放電過(guò)程中由于正極反應(yīng)減少的 ；在正極中也加入一定量的固體氯化銨，以補(bǔ)充放電時(shí)電解液中氯化銨的減少；增強(qiáng)電解液的導(dǎo)電性。
⑥氯化鋅：用于電解液中。主要作用有：減緩鋅片腐蝕，保持電解液中的水分，破壞淀粉的鏈狀結(jié)構(gòu)，加快電解液的糊化速度，減少正極電芯在放電過(guò)程中pH值的提高。
⑦面粉、淀粉：主要作用是使電解液糊化后成為不流動(dòng)的隔離層，使它既有良好的離子導(dǎo)電性，又能固定電芯，便于攜帶使用；對(duì)鋅片有保護(hù)作用，可減緩鋅片的腐蝕。面粉比淀粉粘性好，粘附力強(qiáng)，保持水分性能好，不易沉淀。所以在配制電解液時(shí)，淀粉、面粉互相搭配使用。
職業(yè)病防控
在鋅錳電池生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粉塵、二氧化錳、噪聲，其危害困擾著企業(yè)的發(fā)展，因此，治理粉塵、二氧化錳及噪聲的危害是控制職業(yè)病的關(guān)鍵，有利于促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。為了解決鋅錳電池制造行業(yè)中主要存在的職業(yè)病危害因素及治理危害所采取的防護(hù)措施的效果，國(guó)家規(guī)定了鋅錳干電池生產(chǎn)防塵毒技術(shù)要求措施和管理規(guī)定。
內(nèi)容與適用范圍
本規(guī)程規(guī)定了鋅-錳干電池生產(chǎn)防塵毒技術(shù)要求、措施和管理。
本規(guī)程適用于鋅-錳干電池生產(chǎn)的防塵毒設(shè)計(jì)和管理。
引用標(biāo)準(zhǔn)
GBJ?36工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)
GBJ?4 工業(yè)“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)
術(shù)語(yǔ)
1 物料?material
指生產(chǎn)干電池的原材料和半成品。
2 粉料?powdery?row?material
指生產(chǎn)干電池用的二氧化錳、乙炔黑、石墨粉、氯化銨等粉狀原料及其混合物。
3 有害物質(zhì)?harmful?substances
指原材料和生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的能夠影響人的身心健康，導(dǎo)致疾病(含職業(yè)病)的物質(zhì)。
防塵要求與措施
一 防塵要求
車間空氣中混合粉塵濃度不得超過(guò)，其中二氧化錳粉塵濃度不得超過(guò) 。
二 ?防塵工藝措施? 粉料的包裝和儲(chǔ)存
1 進(jìn)廠粉料的包裝材料應(yīng)具有良好的密封性和強(qiáng)度。
2 粉料應(yīng)儲(chǔ)存在專用的庫(kù)房或場(chǎng)地，嚴(yán)禁露天堆放。
3 在集中采暖地區(qū)，庫(kù)房或場(chǎng)地應(yīng)位于其他建筑物的非采暖季節(jié)最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)；在非集中采暖地區(qū)，應(yīng)位于全年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。
4 粉料的包裝袋應(yīng)集中堆放，統(tǒng)一處理。
防毒要求與措施
一 防毒要求
1 車間空氣中有害物質(zhì)的濃度，不得超過(guò)表2的規(guī)定：
2 產(chǎn)生有害物質(zhì)的車間班前班后應(yīng)清理、清掃或沖洗。
3 生產(chǎn)中所產(chǎn)生的含汞廢水濃度超過(guò)0.05mg/L(按金屬汞計(jì)算)，含鋅廢水濃度超過(guò)5mg/L(按金屬鋅計(jì)算)時(shí)，均應(yīng)經(jīng)凈化處理達(dá)標(biāo)后排放。
?二、防毒技術(shù)措施
1 汞及其化合物
電解液配制車間應(yīng)有通風(fēng)設(shè)施。其墻壁、頂棚、地面應(yīng)采用不吸收氯化汞等毒物的材料或涂層，其地面必須平整、密實(shí)，并向地漏或排水溝方向保持一定坡度。
2 電解液配制池必須防止?jié)B漏，以免污染地下水。
3 加漿系統(tǒng)應(yīng)安裝回流裝置，加漿機(jī)液位應(yīng)低于溢流口20mm以上。
4 加漿、糊化工序應(yīng)設(shè)置局部排風(fēng)罩，罩口風(fēng)速宜采用0.5~0.7m/s。
5 糊式電池電解液中汞含量不得超過(guò)1‰；紙板電池電解液中升汞含量不得超過(guò)1‰，漿層紙中升汞含量不得超過(guò)，每節(jié)R20或R14電池中升汞含量不得超過(guò)16mg，每節(jié)R6或R03電池中升汞含量不得超過(guò)5mg；堿性鋅錳電池鋅膏中金屬汞含量不得超過(guò)6%。
性能和用途
電池性能符合國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)外電池性能相當(dāng)。由于能重負(fù)載，大電流放電，電容大，低溫性能和防漏性能好，性能價(jià)格比高(價(jià)為干電池2-3倍，大電流工作電能是6-8倍)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于民用和工業(yè)。特別適用于閃光照相機(jī)，微型收錄機(jī)，攝像機(jī)，對(duì)講機(jī)，BP機(jī)，剃須刀，手掌型彩電和游戲機(jī)，玩具，遙測(cè)器，報(bào)警器，計(jì)算器，助聽(tīng)器，手電筒和電鐘等儀器設(shè)備。如AA型(五號(hào))堿性鋅錳電池用于閃光照相機(jī)可連拍8-10個(gè)膠卷，而干電池只能拍1-2個(gè)膠卷，鎘電池就不能使用?？梢哉f(shuō)凡是使用干電池，鎘鎳電池的都可由堿性鋅錳電池來(lái)取代。
投資
生產(chǎn)所用的原材料在國(guó)內(nèi)均有定點(diǎn)供應(yīng)，設(shè)備投資70萬(wàn)元，設(shè)備半年之內(nèi)到位。廠房面積240-260平方米(不含辦公用房)，電力要50-60千瓦。
化學(xué)反應(yīng)
以下是堿性錳干電池的反應(yīng)。
正極為陰極反應(yīng)：
MnOOH在堿性溶液中有一定的溶解度
負(fù)極為陽(yáng)極反應(yīng)：
總的電池反應(yīng)為：
酸性鋅錳干電池反應(yīng):
負(fù)極為鋅，被氧化為二價(jià)鋅離子：
正極為碳棒，銨根被還原
產(chǎn)生的氨氣和氫氣分別被吸收
總的電池反應(yīng)為：
鋅錳電池的汞齊化
汞在室溫下能與固體狀態(tài)下的金屬粉末經(jīng)調(diào)和后形成合金，這種合金化的過(guò)程稱為汞齊化。在堿性電池中，汞齊化無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生著，那么堿性電池汞齊化的原因是什么呢？
堿性鋅錳干電池鋅粉汞齊化主要是提高鋅粉在堿性電液中的氫過(guò)電壓，抑制其在堿液中發(fā)生氫氣。鋅粉汞齊化后形成的汞齊化膜可將鋅粉表面覆蓋均勻平整，從而改變了鋅粒表面狀況，使鋅電極活化，從而提高電池的電性能，降低電池的漏液率。在電池放電過(guò)程中，汞則在鋅粒表面不斷向鋅粒內(nèi)部擴(kuò)散，因此，使放電平穩(wěn)。所以，在汞齊化率低的條件下，要保持鋅粉耐蝕性，就必須添加適量的能提高氫過(guò)電位，阻制汞在電池放電前向鋅拉子內(nèi)部擴(kuò)散的微量元素，并在不影響放電反應(yīng)范國(guó)內(nèi)，適當(dāng)減少鋅粉比表面積。同時(shí)堿性電池的鋅粉必須嚴(yán)格控制重金屬雜質(zhì)，尤其是鐵，因?yàn)殍F不易汞齊，從而控制雜質(zhì)含量。
汞由于其高毒性及污染性都在尋求其合適的替代物，包括各種氧化物、氫氧化物或金屬鹽等無(wú)機(jī)化合物以及聚乙烯氧化物，聚乙二醇類，芳烴類多元醇等各種有機(jī)化合物。無(wú)機(jī)物可以在電池液中加入，至于有機(jī)類含聚氧乙烯基地較為被重視，這種基團(tuán)表面活性劑在水中不電離，不受酸堿影響而且成本低，能夠改善電池放電性能。
隨著環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，各大堿性電池廠家均已投入到了無(wú)汞堿性電池的生產(chǎn)制造。
參考資料 >