常见一次电池介绍及应用

1.锌锰电池

锌锰干电池（Leclanche电池）有100多年历史，具有成本低、令人满意的性能和立即可用的特点。是生产量非常大的一类电池，常见的有两种。

（1）盐类电解液的锌锰电池（碳性电池，普通干电池，Leclanche电池，糨糊电池）

负极反应：

正极反应：

放电过程中离子反应：

电池反应：

电解液：含NH4Cl和ZnCl2的水溶液（pH≈5）。

负极，Zn；正极，石墨和二氧化锰。电压≈1.50V。

电池放电电压较稳，但由于锌电极与NH4Cl、水和溶解氧气发生作用，形成难溶钝化膜，自放电现象较明显（每年损失约30%）。

（2）碱性锌锰电池（碱性电池，碱锰电池，改进型Leclanche电池）

负极反应：

正极反应：

电池反应：

电解液：浓度为7～14mol·L-1的浓KOH溶液。

负极，Zn；正极，石墨和二氧化锰。电压=1.55～1.85V，实际电压取决于放电负荷和电池状态。

图5-2-1　锌锰电池结构图

这种电池的容量和性能高于普通干电池，是普通干电池的5倍或更高。低温下的工作性能比多数一次电池好。采用钢制外壳，可以有效密封，提高了电池的防漏特性和贮存寿命。自放电小，内阻小，放电电压比普通干电池高且稳定。

2.其他锌电池

（1）锌-氧化汞电池

负极反应：

正极反应：

电池反应：

电解液：浓KOH溶液。

负极，Zn；正极，石墨和氧化汞；开路电压=1.35V。

优点：电动势和电压稳定，一年内变化＜0.2%；能量密度高、自放电小（＜1%）；活性物质利用率高，锌负极接近100%，正极约为90%。可在较高温下工作（到70℃），密封性好。

缺点：正极材料较昂贵，有污染的危险（Hg有毒），低温下的工作能力差。

应用：小型医用仪器、电子表、计算器的电源。

（2）锌-空气电池

负极反应：

正极反应：

电池反应：

电解液：浓KOH溶液。

负极，Zn；正极，石墨和氧气；开路电压=1.4～1.5V。

直接使用空气中的氧气，将锌和氧气反应的化学能转变为电能。氧气在需要时扩散到电池中作为阴极反应物。为提高氧电极的性能，一般将空气阴极（石墨正极）制成多孔气体扩散电极，电极以活性炭作载体，以Pt、Ag、Ni、MnO2、CoO等作催化剂。

优点：能量密度高，放电电压平稳，工作电流平稳，进行大电流放电时性能好，可长期贮存，无环境污染。

缺点：输出功率低。

应用：便携式通讯设备、雷达装置、铁路和航海讯号、理化仪器等。

（3）锌-氧化银电池(www.xing528.com)

负极反应：

正极反应：

电池反应：

负极：锌粉，正极：氧化银粉（Ag2O或AgO）压制而成，添加少量石墨改善电极的导电性。商业电池中还混有少量二氧化锰，保证电池具有平稳的放电特性并延长电池的寿命。

电压=1.5V，与碱的浓度无关。

电解液：浓碱溶液（NaOH或KOH，20%～45%）。

优点：有较高的能量密度（通常为100～150W·h·kg-1）、高容量、优越的大电流放电性能、非常平稳的放电性能、低温性能好、贮存寿命长；电池的内阻基本不变。

缺点：成本高。

应用：助听器、摄像机、计算机主板BIOS电池等装置。

（4）铁锌碱性电池

电池反应为：

是一种新型电池，以高铁酸盐（K2FeO4、BaFeO4）取代碱性锌锰电池中的MnO2，容量比市售碱性锌二氧化锰电池高50%，高速放电时间远长于普通电池。

3.一次锂电池

锂电池：负极为金属锂或锂合金或含锂化合物的电池的总称。

图5-2-2　一次锂电池

优点：锂是最轻的金属（密度0.534g·cm-3），其理论容量为锌的4.7倍。锂电池的电压高达4V以上，能量密度超过200W·h·kg-1。工作温度范围大（-70～40℃），有平稳的放电性能。可作为小型便携式设备的电源。

缺点：安全性欠佳，价格较贵，生产工序复杂。

电解液：一般采用有机溶剂（因为水能与锂反应）。电解液必须不与金属锂发生反应；应具有适宜的性能，如低的蒸气压、无毒性等。

可用的有机溶剂：乙腈（CH3CN，AN），2-甲亚砜（SO（CH3）2，DMSO），碳酸丙烯酯（PC），1，2-二甲氧基乙烷（DME），γ-丁内酯（γ-BL）等。

可用的无机溶剂：亚硫酰氯（SOCl2），硫酰氯（SO2Cl2）。

支持电解质：LiClO4，LiAsF6，LiPF4，LiCl，LiBr，LiAlCl4

应用：手表、照相机、计算器、体重计等。

4.其他一次电池

（1）铝空电池

铝空电池的化学反应与锌空气电池类似，铝空气电池以高纯度铝Al（含铝99.99%）为负极、氧为正极，可以用氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）水溶液为电解质，也有用海水为电解质（海洋电池）。铝和空气中的氧，产生化学反应生成氧化铝，同时电池放电。铝空气电池的进展十分迅速，它在纯电动汽车上的实验已取得良好效果，是一种很有发展前途的空气电池。

碱性铝空电池：

负极反应：

正极反应：

电池反应：

正极：Al；负极：石墨/空气；电解液：浓KOH或NaOH溶液。工作电压：1.4V。

与锌空电池一样，氧电极一般是多孔气体扩散电极，选用能有效催化氧气还原的物质作电催化剂。

优点：能量密度高（理论能量密度可达8100W·h·kg-1），放电电压平稳，工作电流平稳，可长期贮存，无环境污染。

缺点：输出功率低。

应用：

1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池，称之为海洋电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源。海洋电池，是以铝合金为电池负极，金属（Pt、Fe）网为正极，用取之不尽的海水为电解质溶液，它靠海水中的溶解氧与铝反应产生电能。海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质，不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长期储存。用时，把电池放入海水中，便可供电，其能量比干电池高20～50倍。

2014年，美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的车用100公斤重的碱性铝空电池储存了可行驶3000公里的足够电量。因为铝空电池的输出功率低，使用这种电池的汽车仍需保留锂离子电池，铝电池是锂离子电池的后备电源，在汽车运行间隙给锂离子电池充电。由于铝电池的能量密度高，因此可以用很长时间，期间只需每月加注清水。通常在一年左右达到使用极限后，到服务站更换充满电的铝电池即可。

（2）热激活电池

热电池，又称热激活储备电池。贮存时电解质为不导电的固体，使用时用电发火头或撞针机构引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为离子导体而被激活的一种储备电池。多应用于武器和军事装置作引信电源。

思　考

在生活中你见过哪些一次电池？它们各属于什么电池？