第二章 锌-二氧化锰电池
化学电源第2章锌锰电池程新群
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MnO2 电极 反应 机理
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质子-电子机理Proton - electron mechanism
• MnO2还原的一次过程(初级过程) 溶液中质子(H+)进入MnO2晶格，从外电路得到 电子的同时，MnO2还原为水锰石(MnOOH)； • MnO2还原的二次过程(次级过程) MnOOH从电极表面上转移
34
MnO2材料的种类：
35
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37
2.3 锌电极 Zinc electrode
38
2.3.1.阳极过程
• 锌电极的基本阳极过程
Zn→Zn2+ + 2e• 生成的Zn2+进入溶液，再与其它组分发生次级反应
• 锌电极的交换电流密度较大，电化学极化很小
• 锌电极的阳极极化主要来自于浓差极化，即放电产
2.封口不严，空气中的O2进入电池 内部，这时容易在空气线处发生锌 （烂脖子病）
44
析氢原因：腐蚀微电池
Zn上的析氢过电势：
析氢过电位高的金属有Pb、Cd、Hg、Zn、Bi、In、Sn、Ga等
析氢过电位较低的是Fe、Co、Ni、Cu、W等。
① 电解液与电极中的杂质所引起的锌电极的自放电 ② 锌电极表面不均匀性加速锌的腐蚀 应力、结晶差别、氧化膜、加工缺陷或棱角 ① 温度升高，锌腐蚀速率增加
凡是有利于两个腐蚀共轭反应进行的因素，都将加速锌的腐蚀 凡是可抑制两个腐蚀共轭反应进行的因素，则可减缓锌的腐蚀
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2) 氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电
在中性溶液或酸性溶液中：
在碱性溶液中：
氧的标准电极电位比较正，故氧存在时锌的自溶更严重
43
电池中氧的来源：
1Hale Waihona Puke 溶液中的溶解氧；15电性能特征 高容量型C 串联 电池 只数 体系 外形 特征 尺寸 数字 尺寸 数字
锌锰电池实验报告
一、实验目的1. 了解锌锰电池的基本原理和结构；2. 掌握锌锰电池的组装方法；3. 研究锌锰电池的电化学性能，如开路电压、短路电流、内阻等；4. 分析影响锌锰电池性能的因素。
二、实验原理锌锰电池是一种碱性电池，其基本原理是通过化学反应产生电能。
电池的正极材料为二氧化锰，负极材料为锌，电解质为氢氧化钾溶液。
在放电过程中，锌作为负极发生氧化反应，二氧化锰作为正极发生还原反应，电子从负极流向正极，从而产生电流。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 二氧化锰- 锌片- 氢氧化钾溶液- 棉纸- 电解液- 电池组装夹具- 电化学工作站- 短路电流测试仪- 温度计2. 实验仪器：- 电化学工作站- 短路电流测试仪- 温度计四、实验步骤1. 组装锌锰电池：（1）将锌片和二氧化锰放入电池组装夹具中；（2）加入适量的氢氧化钾溶液，使锌片和二氧化锰完全浸没；（3）用棉纸将锌片和二氧化锰包裹，形成电池的隔离层；（4）将组装好的锌锰电池放入电池组装夹具中，用夹具固定。
2. 测试电池性能：（1）使用电化学工作站测量电池的开路电压；（2）使用短路电流测试仪测量电池的短路电流；（3）测量电池的内阻；（4）在不同温度下测试电池的性能。
五、实验结果与分析1. 开路电压：实验测得锌锰电池的开路电压为1.65V，符合理论值。
2. 短路电流：实验测得锌锰电池的短路电流为0.5A，说明电池具有良好的导电性能。
3. 内阻：实验测得锌锰电池的内阻为0.2Ω，说明电池的内阻较小，有利于电流的传输。
4. 温度对电池性能的影响：实验发现，随着温度的升高，锌锰电池的开路电压、短路电流和内阻均有所下降。
这是因为在高温下，电池内部反应速率加快，导致电池性能下降。
六、结论1. 本实验成功组装了锌锰电池，并对其电化学性能进行了测试；2. 锌锰电池具有较好的开路电压、短路电流和内阻性能；3. 温度对锌锰电池的性能有较大影响，高温下电池性能有所下降。
七、实验注意事项1. 在组装锌锰电池时，要注意电池的正负极和电解液的加入量；2. 在测试电池性能时，要注意温度控制，避免温度过高或过低影响实验结果；3. 在实验过程中，要确保安全，避免触电或烫伤。
第二章锌锰电池资料
第二章锌锰电池资料1.介绍锌锰电池是一种以锌和二氧化锰作为正负极材料的原电池，广泛应用于家用电器、农业、医疗等领域。
它具有体积小、重量轻、电能密度高等优点，是一种理想的便携式电源。
2.锌锰电池的工作原理锌锰电池的正极由氢氧化锌和二氧化锰组成。
当电池接通电路后，氢离子在正极释放出电子，在电路中流动至负极。
同时，在负极与正极之间的电解质中，锌离子会迁移至负极，与电子反应生成锌金属。
在电解质中，二氧化锰会接受负极电子，同时与电解质中的氢离子发生反应，生成氧气和水。
这样，正负极的反应可持续进行，电池就能提供电能。
3.锌锰电池的特点（1）体积小、重量轻：锌锰电池的正负极材料都是粉末状，容易压制成薄片，从而使电池体积小、重量轻。
（2）电能密度高：由于锌和二氧化锰的化学反应比较激烈，所以锌锰电池的电能密度较高，能够提供较多的电力。
（3）自放电率低：锌锰电池的自放电率相对较低，能够保持长时间的储存。
（4）无汞：与传统的碱性电池相比，锌锰电池不含汞，对环境友好。
4.锌锰电池的应用领域（1）家用电器：锌锰电池广泛应用于手电筒、遥控器、闹钟等家用电器中，由于体积小、重量轻，方便携带。
（2）农业：锌锰电池可用于农业灌溉系统、环境监测仪器等方面，提供稳定的电源。
（3）医疗：锌锰电池有时被用于医疗设备、急救设备等，可以提供可靠的电力支持。
5.锌锰电池的改进与发展为了提高锌锰电池的性能，人们还进行了许多研究。
例如，采用纳米材料制备锌锰电池正负极材料，可以提高电导率、增加表面积，从而提高电池的性能。
6.锌锰电池的注意事项（1）避免过度放电：锌锰电池使用过程中要避免过度放电，以防止电池性能下降。
（2）正确处理废旧电池：废旧锌锰电池需正确回收处理，以减少对环境的污染。
7.结论锌锰电池以其体积小、重量轻、电能密度高等特点，在各个领域得到了广泛应用。
随着科技的不断进步，人们对锌锰电池的改进研究也在进行中，相信其在未来将有更加广阔的应用前景。
第二节 锌锰电池
4
＋
Zn2＋＋9
H2O＋
ZnCl2→ZnCl2·4
ZnO·5
H2O＋
H
锌负极的极化
与正极MnO2相比，锌负极的极化要小得多。正常放 电情况下电化学极化是较小的，主要是浓差极化。 在放电后期或低温下放电，电极的表面状态发生了 变化，这时电化学极化就不能忽视了。
锌负极的自放电
• 锌电极产生自放电的原因 1. 氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电 2. 氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电 3. 电解液中的杂质所引起的锌电极的自放电
2MnOOH＋2H＋→MnO2＋Mn2＋＋2H2O 2. 固相质子扩散
• MnO2阴极还原的控制步骤 次级过程为控制步骤，即水锰石(MnOOH)的转移 是控制步骤，MnO2阴极极化主要是由于MnOOH转 移的缓慢所造成的。
Mn4+ Mn4+ Mn4+
O2-
O2-
O2-
MMnn3+4+
MeMnn4+3+
四、锌锰电池的电池反应和电性能
中性介质中的锌－锰电池的电池反应
• 以NH4Cl为主的锌－锰电池（氯化铵型电池） （－） Zn∣NH4Cl∣MnO 2 (＋)
负极反应： Zn＋2NH4Cl－2e → Zn（NH3）2Cl2↓＋2H＋ 正极反应： MnO2+H2O+e → MnOOH+OH电池反应： Zn＋2NH4Cl＋2MnO2→Zn(NH3)2Cl2↓＋2 MnOOH
• 在碱性介质中：KOH溶液
Zn2＋＋2OH－→Zn(OH)2⇌ ZnO＋H2O
Zn(OH)2＋2KOH→K2 ZnO2＋2 H2O
或
ZnO＋2 KOH→K2 ZnO2＋H2O
第二章 第二节 第2课时
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3.燃料电池
(1)燃料电池是通过 燃料气体
与氧气 分别在两个电极上发生 电
反应，
氧化还原能直接转化为化学 能的装置。 将
答案
(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高 。 与 干
相关视频
答案
2.充电电池 (1)充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的 氧化还原 反应， 在充电时又可以 逆向 生成 进行， 反应 物重新转化为 物，
使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是
放电 。 化学能 ____________________ 充电 电能
第二章 第二节 化学能与电能
பைடு நூலகம்
第2课时 发展中的化学电源
学习目标定位 1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。 3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。 内容索引
2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
一 常见的化学电源
二 原电池电极反应式的书写方法
当堂检测 40分钟课时作业
解析答案
1
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5. 日常所用干电池的电极分别为碳棒 ( 上面有铜帽 ) 和锌皮，以糊状
NH4Cl和ZnCl2作电解质 ( 其中加入 MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为
－===2NH ↑＋H ↑(NH 与Zn2＋能生成一 Zn－2e－===Zn2＋， 2NH＋ ＋ 2e 3 2 3 4
Zn-MnO2-2
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2.7.2 纸板电池的电池反应
NH4Cl和ZnCl2两种类型电池
ZnCl2型电池密封性要求高 ZnCl2型电池适于大电流连放 ZnCl2型电池正负极极化都较小， 放电电流和容量都比NH4Cl型大
ZnCl2型电池导电能力弱
14
2.7.3 浆层纸
基本要求：离子导电性、化学稳定性、机械强度及吸液 性好，成本低。
1
2.5.3 容量及其影响因素
电池的实际容量主要与两方面因素有关：一、活性物质加入量；二、 活性物质利用率。与其它电池系列相比，锌一锰电池系列活性物质 利用率是比较低的。
活性物质利用率影响因素
放 电 制 度
锰 粉 质 量
锰 粉 粒 度
制 造 工 艺
放电电流、 终止电压及 放电温度等
天然MnO2(NMD)、化学MnO2(CMD)、 电解 MnO2(EMD)（锰粉晶型对电池容量有直
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2.8 叠层Zn-MnO2电池（NH4Cl型电池））
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2.9 碱性Zn-MnO2电池
电池反应和特点：
优点：放电性能好（常规放电容量是中性电池5倍）；低温性能好
（工作温度达-40℃）。 缺点：易爬碱；自放电大。
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电池结构
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制造工艺
MnO2过量，一般比负极过量15%
胶体石墨
干混和湿混
40%左右的 KOH水溶液 （ZnO饱和）
接影响，一般都采用高活性的γ－MnO2，粒度为 201um左右）
2
3
电解MnO2活性最高，放电容量最大，适于较大电流放电， 天然 MnO2放出容量最低，化学MnO2介于两者之间，实 际使用时根据需要可将几种锰粉相互搭配使用。
4
锌－锰干电池的理论比能量为：
第二章 锌锰电池
代汞缓蚀剂的要求
能有效地抑制锌的腐蚀
耐碱性电解液的腐蚀 对锌粉电极无不良影响
(Al? Ni?)
有害元素或杂质含量低 材料成本增加不明显
(Au?Pt?)
在锌电极中加入代汞金属元素 的方法（合金化）
直接在高纯锌中添加代汞元素，通
过共熔制造锌合金粉 把代汞金属(和化合物)添加在电解 质溶液中，通过置换反应使微量代 汞金属元素沉积在金属锌粉的表面， 从而改变锌电极的表面性能
三、有机缓蚀剂
有机缓蚀剂一般为非离子型表面活
性剂(共价型，C、H、N、O、S等， 一般不含金属。) 分子一端是极性基团，另一端为非 极性基团 连接两个基团的一般有-NH-，-S-， -COO-，-CON-，-SON-等
有机缓蚀剂的种类
聚乙二醇衍生物 芳烃衍生物
聚乙烯氧化物
胺类及肟类
亚乙基二醇类
碱性锌锰电池
按外形 分类
中性和 酸性锌 锰电池
碱性锌 锰电池
筒式 迭层式 薄层纸式 筒式
扣式
扁平式
2.1.1 勒克朗谢电池
( ) Zn NH 4 Cl, ZnCl 2 MnO 2 C( )
正极活性物质用天然MnO2(70~75%)
负极活性物质用Zn筒
隔膜为淀粉糨糊隔离层(糊状物)
锌电 极分 类
2.2.1 锌电极类型
锌筒
片状锌 锌合金粉
汞齐锌粉
无汞齐锌粉
无铅 锌粉
有铅 锌粉
几种电池中的锌电极 (1) 勒克朗谢电池中的锌电极
典型的电解液为4.96M
ZnCl2。 电池在放电和储存过程中，会发生析 氢反应，氢离子浓度降低，pH值不断 升高，在pH为5.1-5.8时，锌以离子进 入溶液，在5.8-7.9范围时，锌表面产 生不溶性ZnCl2.2NH3晶体，在大于7.9 时， ZnCl2.2NH3晶体会溶解产生 Zn(NH3)42+。
第二章 锌锰干电池
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2. 锌锰干电池的工作原理
二氧化锰阴极还原的控制步骤：
研究表明，在 MnO2 的阴极还原过程中国，初级过程 MnOOH 的生成反应即电化学反应的速度是较快的，而二次过程 M OOH 的转移速度相对是比较慢的，因此， MnOOH 的转移速度相对是比较慢的 因此 MnOOH M OOH 转移步骤 即次级过程是整个 MnO2 阴极还原的控制步骤。 在不同 pH H 的介质中水锰石的转移方式不同，因此相应的控 的介质中水锰石的转移方式不同 因此相应的控 制步骤也有所不同。在酸性溶液中水锰石的歧化反应是 MnO2 阴 极还原的控制步骤，在碱性溶液中质子的固相扩散过程是 MnO2 阴极还原的控制步骤，在中性水溶液中水锰石的歧化反应和质子 的固相扩散过程共同构成了 MnO2 阴极还原的控制步骤。
MnO
2
RT ln( M OH ) F
(2 3)
11
由该式可知，电池放电时，正极附近溶液中PH值增加，会导致 二氧化锰电极电位的下降。但是若对实验结果，图（ 2－1）进行分 析可知：利用（2－3）式进行计算，因PH值上升而引起的正极电位 的下降值还不到二氧化锰电极电位的总值的1/3。故可以说电解液PH 值的变化还不是引起二氧化锰电极电势下降的主要因素。进一步的研 究表明 电化学极化和电阻极化亦不是主要因素 而是产生了特殊的 究表明，电化学极化和电阻极化亦不是主要因素。而是产生了特殊的 二氧化锰放电机理—固相浓差极化（也叫电子-质子机理）。
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2. 锌锰干电池的工作原理
二. 负极的工作原理 干电池的电解质 PH=5。锌极开始放电时的电极反应为：
Zn 2e Zn
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2. 锌锰干电池的工作原理
双电层的形成
锌锰电池PPT课件
• 第三，虽然MnOOH的生成是在固相中直接完成的，但 反应必须是在固／液界面上进行。必须保证有足够的 固／液界面。
• 第四，随着反应的进行就会使得电极附近的pH值升高
2. MnO2电极 阴极还原的次级过程
• MnOOH转移步骤即二次过程是整个MnO2阴极还原的控 制步骤
• 1. 提高氢过电势 • 2. 保证原材料的质量达到要求 高纯度 • 3. 对电解液进行净化 • 4. 降低储存电池的温度 • 5. 严格密封
2.4 锌锰电池材料 2.4.1 二氧化锰材料
自学
• 2.4.2 锌材料 • 2.4.3 电解质 • 2.4.4 隔膜 • 2.4.5 导电材料 • 2.4.6 导电凝胶剂
• R6P，LR6，3R14，6F22，4F100-4
电池符号和意义
符号 R
S
F
P
C
L
外形
圆筒 形
方柱 扁平 式式
高功 率
高容 量
碱性
电池的结构和电池反应
传统的勒克朗谢电池
（-）Zn | NH4Cl,ZnCl2 | MnO2,C(+)
• 正极是天然MnO2或电解MnO2， • 隔膜是淀粉加面粉浆糊隔离层， • 负极是锌筒。称“糊式锌-锰电
• 负极自放电（主要） • 电液干涸 • 气胀 • 冒浆 • 铜冒生锈
2.6 糊式锌-锰电池
• 2.6.2 制造工艺及分析 • 一、生产流程 • 碳棒的制造 • 正极电芯的制造 • 负极锌筒的制造 • 电液及电糊的配制 • 装配
二、碳棒的制造
• 正极电芯的集流体，传导电流 三、正极的制造
拌粉、成型（打电芯）和包纸扎线等工序 • 1）.拌粉
化学电源2章2014
2.2.1 MnO2的电化学行为 【质子-电子机理】 MnO2 ↓ MnOOH（MnOOH是在MnOnOOH生成，电化学步骤， MnO2 还原的一次过程，初级过程 2。 MnOOH转移，次级过程
【1。 MnO2 阴极还原的初级过程】
MnO2 H e- MnOOH
NH4+浓度增大， 放电电动势下降。 <原因> NH4+可以为歧化反应提 供H+，利于歧化反应， 降低阴极极化
Zn2+在NH4Cl溶液中存在时，大大能降低放电电动势，加速MnO2的反应，提高电 池容量。 < Zn2+ 的作用> Zn2+ 能与NH3反应生成配合离子，使NH3出去，有利于歧化反应 进行，降低极化。
【 型- MnO2 】放电性能与来源有关
2.3 Zn电极
Zn电极电势小，电化当量小，交换电流密度大。在大电流密度下，极化也小， 来源丰富，价格便宜
2.3.1 Zn电极的阳极过程
方程式 Zn - 2e- Zn2
Zn2+离子进入电解液发生反应，随电解液性质不同，发生反应也不同。
碱性溶液KOH中，
2.2.3 MnO2的晶形与功能 MnO2一般表示为MnOx，x为含氧量，总小于2。MnO2是一种非常复杂的 非化学计量的化合物。 MnO2有不同的晶体结构，，，，，，。
型，x=1.90-1.96，含结晶水4%左右。 型，x上限值可接近2，含结晶水6%左右。 型， x上限值可达到2，几乎不含结晶水。 【说明】MnO2在化学组成上一般含有低价锰离子和OH-,同时有的还含有 K，Na，Ba，Fe等杂质。
第一只Zn-MnO2电池由乔治勒克朗谢发明，又称勒克朗谢电池。 Zn-MnO2电池的特点
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第二章锌－二氧化锰电池•主要内容：–锌锰电池概述–二氧化锰正极–锌负极–电池反应和电性能–中性锌锰电池制作工艺–碱性锌锰电池制作工艺1•本章重点：–正极：二氧化锰的反应机理–负极：锌电极的自放电、引起自放电的原因和降低自放电的措施。
–电池反应和性能：两类中性电池的比较、中性电池与碱性电池的比较2一、概述（－）Zn| |MnO2（＋）•锌锰电池的发展：1、传统的锌锰电池其正极活性物质是天然MnO2（含量70～75％），电池隔膜是淀粉浆糊隔离层，电解液是NH4Cl、ZnCl2的水溶液，负极是锌筒。
这种类型的电池称“糊式锌锰电池”。
因为电解液是不流动的，故又称为干电池。
也叫做NH4Cl型电池：电解液以NH4Cl为主，少量的ZnCl2 。
它的性能较差，R20型电池的比能量仅0.08Wh/cm3。
Zn|NH4Cl(ZnCl2)|MnO232、“高性能电池”这种电池从1960年开始生产，它与第一类电池无什么区别，主要是正极活性物质用了电解MnO2（含量91～93％），放电时间是第一类电池的1.5～2.0倍，R20型电池的比能量达0.12 Wh/cm3。
3、“超高性能电池”第三类电池是1970年开始生产的,也称“高氯化锌型纸板电池”。
以电解MnO2为正极活性物质，电池隔膜用浆层纸，电解液改为ZnCl2为主体加少量NH4Cl的水溶液。
该类电池在放电性能和防漏性能方面有很大的改进和提高，放电时间比“高性能电池”大约又提高了一倍，而且可以大电流放电，R20型电池的比能量达0.15 Wh/cm3。
4也叫做ZnCl2型电池，电解液以ZnCl2为主，少量的NH4Cl。
Zn|ZnCl2(NH4Cl)|MnO24、碱性锌锰电池自1965年开始生产至今。
正极是电解MnO2粉，负极是汞齐化锌粉，电解液是KOH水溶液。
电池反应机理和电池结构与上述三类电池全然不同。
其电性能优于前三类电池，放电时间大约是同类糊式电池的5～7倍，其R20电池的比能量达0.21 Wh/cm3，且可制成二次电池。
Zn|KOH|MnO25二、二氧化锰电极•二氧化锰：MnO2为正极活性物质，是决定电池性能的主要原材料之一。
电池工业上所用的MnO2(常称锰粉)有四种，即天然锰粉(天然软锰矿)、电解锰粉、活化锰粉和化学锰粉。
电解二氧化锰由电解硫酸锰溶液制得，二价锰离子在阳极上氧化生成二氧化锰：Mn2++ 2H2O →MnO2+ 4H++ 2e电解锰粉纯度高，有害杂质少，电化学活性好，采用电解锰粉是提高锌锰干电池电容量的有效方法。
78图2-1. 锌锰电池放电电压及电极电位随时间的变化曲线电池在放电的初期，电压的变化较大，这主要是由正极所决定的。
因为二氧化锰电极的电位在开始放电的一瞬间，变化很快，稍后才是较为平稳的下降，这是由于二氧化锰中加入了乙炔黑、石墨、氯化铵等混合物后，致使电极的导电性增加，但是电极反应也变得更为复杂。
•MnO 2电极的电化学行为：10目前公认二氧化锰电极反应有两个：通过对产物的分析，表明Mn 2+是少量的，Mn 3+化合物MnOOH 是主要的。
所以（2-2）式是主要反应，一般将二氧化锰电极反应写成（2-2）式。
因此二氧化锰电极的电位可表示为：（2-3）（2-1）（2-2）22222422MnO H e Mn H OMnO H O e MnOOH OH ++−++→+++→+( MnO 2＋H ＋＋e →MnOOH )11由该式可知，电池放电时，正极附近溶液中pH 值增加，会导致二氧化锰电极电位的下降。
但是若对实验结果（图2-1）进行分析可知：利用（2-3）式进行计算，因pH 值上升而引起的正极电位的下降值还不到二氧化锰电极电位的总值的1/3。
因此电解液pH 值的变化不是引起二氧化锰电极电位下降的主要因素。
电化学极化和电阻极化亦不是主要因素。
而是产生了特殊的二氧化锰放电机理—质子-电子机理。
质子-电子机理的中心意思：由于二氧化锰的溶解度极小，且具有一定的导电性（二氧化锰是一种半导体，在7×103kg/cm 2压力下，电阻率约为37～77 ），所以二氧化锰放电时，电化学反应可以直接在二氧化锰颗粒表面进行，并不需要把Mn 4+溶解送入溶液，然后再在电极导电组分（石墨、乙炔黑）上进行反应。
cm Ω12当二氧化锰与电糊相接触时，溶液中的H +离子便向二氧化锰电极表面转移，使二氧化锰电极表面侧产生H +过剩。
电糊侧产生OH －过剩。
因而形成了一个双电层，产生了一定的电位差。
图2-2. MnO 2/溶液界面上的双电层示意图OH-2-3. MnO表面进行一次过程示意图当二氧化锰电极放电时，溶液中的便向二氧化锰晶格中转移，与O2离子结合生成OH－。
与此同时二氧化锰接受外来的电子，即Mn4+还原成Mn3+MnOOH)阴极还原的初级过程( MnOOH的生成MnO＋＋＋MnOOH随着放电时间的延长，MnO 2表层中的2－离子浓度不断降低，与电极内部产生了浓度梯度。
由于这种浓度梯度的存在，H +由MnO 2电极表面向内层扩散，并与O －离子结合。
同时MnO 表面层的电子也向内层扩散。
这个过程就好象电极表面低价锰化合物，不断向电极深处转移，而电极内部的断向表面转移。
OH -图2-4 水锰石的扩散图2-5.17由于MnO 2电极具有这种电位恢复的特性，所以Zn －MnO 2干电池间歇放电时的放电曲线为锯齿状，间歇放电曲线比连续放电曲线平坦。
Zn －MnO 2电池适宜于间歇放电。
图2-6. 锌锰干电池放电曲线（1）连续放电5Ω（2）间歇放电5Ω三、锌负极•锌皮:锌是电池的负极材料，在圆筒形电池中，还兼作电池的容器和负极的集流体。
在锌皮中含有少量的镉(0.2～0.3％)能提高其强度，含有少量的铅(0.3～0.5％)则能改善其延展性。
铅和镉均能提高锌电极上的析氢过电位，抑制锌电极在电解质中的自放电反应。
锌皮中的其它杂质，如镍、铁和铜等能显著地促进锌负极的自放电，使电池内部不断产生氢气，故这些杂质的含量必须严格控制。
19•锌负极的自放电：¾锌电极产生自放电的原因1.氢离子的阴极还原所引起的锌的自放电（主因）2.氧的阴极还原所引起的锌电极的自放电3.电解液中的杂质所引起的锌电极的自放电¾影响锌电极自放电的因素1.锌的纯度及表面均匀性的影响2.溶液pH值的影响3.电液中NHCl、ZnCl2浓度的影响44.温度的影响22¾降低锌负极自放电的措施1.加添加剂在金属锌中加入添加剂在电解液中加入缓蚀剂2.保证原材料的质量达到要求3.对电解液进行净化4.贮存电池的温度低于25℃5.电池要严格密封23•Zn-MnO电池的电性能2¾开路电压电池的开路电压在1.5－不同情况下，Zn-MnO21.8V左右。
负极Zn的稳定电位大约在－0.8V左右。
正极稳定电位一般在0.7－1.0V之间。
27¾工作电压1.极化主要是来自于正极2.电压的恢复特性放电时工作电压下降，而断电后电池的电压又逐渐缓慢回升;恢复特性的原因是由于二氧化锰电极表面的水锰石的转移所引起的.3.锌锰电池适合小电流间歇放电¾储存性能自放电，（气胀，冒浆，绿铜帽)28¾锌锰干电池的生产工艺流程312（3）稠化剂：为了使电解液呈不流动状，需在电解液中加入稠化剂，锌锰干电池中使用的是淀粉和面粉。
淀粉和面粉的化学成分是相近的，她们的通式为(C6H10O5)X，都是具有支链的链状高分子化合物。
淀粉不溶于冷水，加热时，水分子逐渐渗入淀粉颗粒内部，体积慢慢膨胀，达到糊化温度时，淀粉团被解体，分子相互交织在一起，形成立体网状结构，把电解液包在其中，成为均匀的和不流动的凝胶状浆糊。
3537（4）缓蚀剂：a. HgCl 2：是干电池中经常使用的一种无机缓蚀剂。
锌皮与HgCl 2作用，将Hg 置换出来，之后生成一层锌汞齐膜，22()Zn HgCl ZnCl Hg +→+(())Zn Hg Zn Hg +→由于H 2在锌汞齐上的过电位与在锌及其它一些金属杂质上的过电位高，故能减小H 2的析出速度，从而减缓锌皮的腐蚀。
3. 配制要点（1）必须仔细除去原料中的金属杂质（Fe、Cu、Ni） 方法：在ZnCl2溶液中加入纯Zn片，加热到110～ 130℃ ，使杂质金属离子都置换出来，使MFe3+ < 0.0015 g/L。
处理到在一定的煮沸时间内，锌保持金属光泽即可。
（2）操作过程要严格避免与油、铁器等物接触。
（3）配清浆和白浆时都不允许有疙瘩存在，必须使面粉“吃饱” 电液。
否则，淀粉在电池里还要吃水，使电糊变成“里干外 湿”，影响电池的质量。
(4) 控制pH值，电糊的pH值一般在5.0左右。
41二. 电芯的制造1. 组成 二氧化锰、乙炔黑、石墨、固体氯化铵和调粉液按一 定比例，混合均匀制得。
（1） 二氧化锰（俗称锰粉）（活性物质） 它是直接参加电池反应，决定电池容量的主要材料。
（2）石墨和乙炔黑 它们都是由碳构成的同素异构体，具有良好的导电性和 一定的吸液能力。
把它们混在电芯中和锰粉紧密接触，用来 提高二氧化锰电极的导电能力，并能使电芯保持较多的电解 液，有利于锰粉和电解液的充分接触、反应。
提高活性物质 的利用率和延长电池的寿命。
42（3）氯化铵 a、补充放电时电解液中氯化铵的减少 b、减少放电室电芯中的pH值的上升 c、提高电芯中电解液的电导 （4）调粉液 在制作电芯的粉料中加入调粉液，有利于电芯的成型。
而且使电芯保持一定水分，增加电芯液相的导电性。
2. 电芯的制造流程（R20型电池）433. 工艺要求（1）和粉要求均匀。
（2）含水量一般控制在17～18%左右，太湿压制电芯时， 易挤出电解液，太干不易成型。
（3）电芯粉和好后要妥善保存，防止吸潮和挥发。
（4）电芯压制用力要均匀，各处的紧密度要一致。
（5）炭棒应居于电芯中心，接触紧密，不能中断和破头。
（6）电芯应圆正，表面光滑，无裂纹，粘粉。
（7）电芯的大小、重量和含水量应符合要求。
R20型干电池电芯的规格： 直径 27.2～27.8mm 高度 41±0.5mm 重量（包含炭棒） >52g 水分% 17～18%（8）为使电芯加电液后不膨胀，不掉粉。
在电芯外边用绵 纸包上，并用棉纱线在扎线机上扎紧捆好。
包纸要平整无破 损，均匀，结实。
44三. 炭棒制造 1. 制造炭棒的原材料和作用炭棒是由石墨和煤沥青经压制和焙烧而成。
石墨在炭棒 中起导电作用，是制造炭棒的主要原材料。
煤沥青是煤焦油 蒸馏的产物，它在炭棒中起粘合作用。
2. 制造流程煤沥青（粘合） 焦碳粉 融化（180 220 。
C） 石墨粉（导电） 压条 1100。
C焙烧 磨圆 防水处理 炭棒45拌料（130 150。