第19天:回頭再看看真正的乾電池原理

2021-02-15 圖說塗話

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在前面談鋼鐵的電化學反應的文章中,我們提到腐蝕電池,但沒有細講。今天重新回顧一下,並專門談談乾電池是什麼工作的。

目前市場上所有的所有電池都是基於這一原理生產的。

乾電池在發明之初,使用的是液體電解液,其實這不能算是「幹」電池,但是隨著不斷地研究,在1887年,英國人赫勒森發明了最早的乾電池,相對於之前的液體電解液電池,這次使用的是糊狀電解液,不易溢出,便於攜帶,因此得到了廣泛的應用。

隨著科技的不斷進步,目前已經出現了上百種乾電池。

按其使用的內部材料分類,有酸性鋅-錳乾電池、鹼性鋅-錳乾電池、鎂-錳乾電池、鋅-空氣電池、鋅-氧化汞電池、鋅-氧化銀電池、鋰-錳電池等,而目前使用最廣泛的乾電池,是酸性鋅-猛乾電池鹼性鋅-猛乾電池

酸性鋅-猛乾電池:

>>>概述:屬於普通電池,早期的內部結構,由於電容量少,含汞,已經逐漸被淘汰,要分類回收。

>>>陽極:鋅筒(外殼)。

>>>陰極:碳棒。

>>>電解液:氯化銨、少量氯化鋅(與澱粉水糊狀物混合,呈酸性)。

>>>金屬通道:鋅筒、碳棒、金屬帽都是相連的,都能導電子。

>>>去極化劑:二氧化錳粉(包裹在碳棒周圍)。

>>>反應過程:

第1步:鋅被氯化銨和氯化鋅溶解成鋅離子和電子(氧化反應),電子流向碳棒。

第2步:電子流到碳棒表面後,碳棒周圍的二氧化錳作為去極化劑會消耗電子,碳棒表面生成氨氣和氫氣(還原反應)。

第3步:氫氣會聚集在碳棒周圍,跑不掉,然後二氧化錳會與氫氣發生氧化反應,生成水,二氧化錳會被還原成鹼式氧化錳,使電化學反應得以繼續。

第4步:氨氣也跑不掉,其會被氯化銨和氯化鋅吸收(註:還原的氣體要吸收或反應掉,否則電池會膨脹)。

第5步:鋅離子最後與氯化銨反應生成氯化鋅。

到此,反應過程結束,然後周而復始循環。

鹼性鋅-猛乾電池:

>>>概述:創新型的內部結構,電容量是普通鋅-猛乾電池的3~7倍,不含汞,無汙染,已被廣泛使用,不需要分類回收。

由於內部結構複雜,下面僅簡單說明主要反應物和反應

>>>陽極:鋅粉。

>>>陰極:二氧化錳粉、石墨粉。

>>>電解液:水糊狀氫氧化鉀(呈鹼性)。

>>>金屬通道:石墨粉與二氧化錳粉混合物、銅釘、不鏽鋼外殼及金屬帽是相連的,都能傳導電子。

>>>去極化劑:不需要。

>>>反應過程:

第1步:鋅粉被氫氧化鉀溶解成鋅離子和電子(氧化反應),電子流向二氧化錳和石墨,最後流向銅釘。

第2步:電子流到二氧化錳處後,二氧化錳會與水結合生成鹼式氧化錳和氫氧離子。

第3步:鋅離子和氫氧離子反應生產氫氧化鋅。

到此,反應過程結束,然後周而復始循環。

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