碳锌电池

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不同型号的碳锌电池

碳锌电池,又称碳锌干电池碳性電池碳性電芯。碳锌电池有一层由构成的外壳,作为电池的负极。碳锌电池是从液体Leclanché电池发展而来。傳統或一般型以氯化铵為電解質;“超级”或“高能”(英文標示:Super Heavy Duty)电池则通常是使用氯化锌為電解質的碳鋅电池,是一般使用的廉价电池的一种改良版。电池的正极主要是由粉末状的二氧化锰构成。电解液是把氯化锌氯化铵碳粉澱粉溶于水中所形成的糊状物质。碳锌电池是最便宜的原电池,因此成为很多厂商的首选,因为这些厂商所销售的设备中常常需要配送电池。锌碳电池適合用於遥控器闪光灯玩具晶体管收音机等功率不大的设备可發揮最大效用。

此電池正極的碳棒與二氧化錳中所混合的碳只負責引出電流,並不參與反應,正極實際參與還原反應並提供正電的是二氧化錳,因此,又稱為錳鋅電池鋅錳電池或鋅-二氧化錳電池,也有簡稱錳乾電池的。

原电池[编辑]

一个碳锌干电池是一个原电池,因为一旦电池放电完毕,不能够被再次充电而只能被丢弃。“电池翻新”曾经也出现在市场上,能够通过对电池加上一个反向电流来恢复已经部分放电的电池电量。但这些设备往往只能暂时的充电而且容易导致电池泄漏以及爆炸。与其它种类电池相比,碳锌电池之所以更容易泄漏,是因为锌同时作为放电时被消耗的负极和电池容器。锌锰电池发明于19世纪60年代,并在后来通过改进电解液形式成为干电池。

化学反应[编辑]

碳锌电池的容器是一个锌罐。里面有一层由NH4Cl和ZnCl2所构成的糊状液体,这个糊状液体通过一个纸层与粉末状的碳和二氧化锰隔开。这些粉末填充在一个碳棒的周围。

碳锌电池的横截面。1:金属帽(+),2:石墨棒(正极),3:锌外壳(负极),4:二氧化锰,5:潮湿的氯化铵糊状液体(电解质),6:金属末端(-)

在这个干电池里,最外层的锌是电池的负极。在半反应中,锌被氧化,如下式所示:

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e

一个由粉末状碳和二氧化锰所围绕的石墨棒作为正极。其中,二氧化锰和碳粉混合是为了增加正极的导电性。阴极反应如下图所示:

2MnO2(s) + 2 H+(aq) + 2 e → Mn2O3(s) + H2O(l)

H+来自于NH4+(aq):

NH4+(aq) → H+(aq) + NH3(aq)

产生的NH3可以与Zn2+结合。

在整个半反应中,氧化态由+4被还原到了+3。

尽管很多副反应也可能发生,但锌碳电池的总反应还是可以由下式表示:

Zn(s) + 2 MnO2(s) + 2 NH4+(aq) → Mn2O3(s) + Zn(NH3)22+(aq)

碳锌电池的电动势大约是1.5V。电动势的不确定是由于阴极反应十分复杂,相比来说,阳极反应(锌端)则有一个已知的电势。副反应及活性反应物的消耗直接导致电池的内阻增加,电池电动勢降低。

氧化半反應:

Zn→Zn2++2e-

還原半反應:

2NH4++2e-→H2+2NH3

2MnO2+H2→Mn2O3+H2O

Zn2++2NH3+2Cl-→Zn(NH3)2Cl2

總反應:Zn+2MnO2+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O

洩漏[编辑]

当一个碳锌电池使用一段时间以后,由于金属锌被氧化成为锌离子,锌外壳会逐渐变薄。因此,氯化锌溶液常常可以从电池中洩漏出来。洩漏出来的氯化锌往往会使电池表面变粘。一些老的电池没有洩漏保护。一个锌碳电池的使用寿命比较短,保存期一般为一年半。

另外,就算电池没有使用,锌外壳也会慢慢的变薄。这是因为电池内的氯化銨有弱酸性,可以与锌反应。

氯化锌电池[编辑]

高能氯化锌电池是简单锌碳电池的一个改良版,用来提供更长的使用寿命以及更稳定的电压输出。与普通锌碳电池相比,氯化锌电池的电解液不含氯化铵,由纯的氯化锌糊状液体构成。因此,阴极反应也有一些不同:

MnO2(s) + H2O(l) + e → MnO(OH)(s) + OH(aq)

总反应如下:

Zn(s) + 2 MnO2(s) + ZnCl2(aq) + 2 H2O(l) → 2 MnO(OH)(s) + 2 Zn(OH)Cl(aq)

环保[编辑]

过去锌锰电池常加入汞以抑制负极的析氢腐蚀。出于环保考虑,中華人民共和國于2001年和2005年分两阶段对锌锰电池的含汞量作出了限制。现在,中華人民共和國出售碱性锌锰电池含汞量不高于0.0001%,碳锌电池含汞量最高不超过0.025%。不过,纽扣锌锰电池的含汞量依然没有作出要求。

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. Eveready:碳锌电池使用作明书
  2. Rayovac:碱性与高能电池使用说明书
  3. Power Stream电池化学常见问题与解答
  4. 电池组成