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锌碳电池，又称碳锌干电池、碳电池，外壳由锌制成。锌碳电池通常有两种类型——勒克朗电池和氯化锌电池。这两种电池都是原代电池，氯化锌电池是Leclanche电池在重漏应用中的改进替代品。

锌碳电池在低损耗或间歇性使用的设备中仍然可用作可充电aa电池，如手电筒、遥控器、闪光灯、玩具、时钟或晶体管收音机。锌碳电池是第一个商用干电池，由湿Leclanché电池技术发展而来。如今，锌碳电池大多已被更高效、更安全的碱性电池所取代。

 

锌碳电池的工作原理

锌碳电池是一种以锌为阳极的电化学系统（阳极向电路发送电子，因此它是阳极，使用锰二氧化物粉末混合物和其他材料作为阴极；

将氯化铵的电解质果冻和氯化锌溶解在水中作为电解质；碳棒刀将电子从外部电路传输回阴极。电池中的阴极混合物也起到去偏振器的作用。

简单来说，锌碳电池的容器就是一个锌罐。里面有一层由NH4Cl和ZnCl2组成的糊状液体，通过一层纸将其与粉末状的碳和二氧化锰分离。

这些粉末装在碳棒周围。在这种干电池中，锌的最外层是电池的阳极。在半反应中，锌被氧化，如下式所示：

锌→ Zn2+（aq）+2e

由粉末状碳和二氧化锰包围的石墨棒用作阴极。其中，将二氧化锰和碳粉混合以增加阴极的导电性。阴极反应如下图所示：

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

H+来源于NH4+（aq）：

NH4+（aq）→ H+（aq）+NH3（aq

生成的NH3可以与Zn2+结合。在整个半反应过程中，锰的氧化态从+4降低到+3。尽管也可能发生许多副反应，但锌碳电池的总体反应可以用下式表示：

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

 

 

锌碳电池的横截面。1：金属帽（+），2：石墨棒（阴极），3：锌壳（阳极），4：二氧化锰，5：潮湿的氯化铵糊状液体（电解质），6：金属端（-）

 

锌碳电池额定电压

锌碳电池的标准额定电压取决于电池中使用的阳极和阴极材料的类型。在锌碳电池中，锌是阴极材料，二氧化锰是阴极材料。

锌的电极电位为-0.7伏，二氧化锰的电极电位是1.28伏。因此，每个电池的理论电压应为-（-0.76）+1.23=1.99 V，但考虑到许多实际情况，标准锌碳电池的实际电压输出不超过1.5 V。

电动势的不确定性是由于阴极反应的复杂性，而阳极反应（锌端子）具有已知电势。副反应和活性反应物的消耗直接导致电池内阻的增加和电池电动势的降低。

 

锌碳电池能量密度分析

正极材料二氧化锰的摩尔质量为87g/mol。在电池的反应中，发现两个电子还原了两个二氧化锰分子。因此，根据法拉第常数，28.6Ah可以通过完全还原1摩尔或87克二氧化锰来提供。因此，需要87/26.8＝3.24g的二氧化锰来提供1Ah的电力。

 

 

阳极材料锌的摩尔质量为65g/mol。在电池的反应中，发现两个电子氧化锌原子。因此，根据法拉第常数，可以通过完全氧化1摩尔或65/2克或32.5克锌来提供28.6 Ah。因此，需要32.5/26.8=1.21g的锌来提供1Ah的电力。

锌碳电池的总能量密度为3.24g/Ah+1.21g/Ah=4.45g/Ah=1/4.45Ah/g=0.224Ah/Kg。这绝对是一个理论计算，但实际上电池中包含的许多其他材料，如电解质、炭黑、水，其重量不能忽略。

除此之外，电池中还有许多其他实际条件需要考虑。综合考虑，实用的低放电Leclanche电池具有75Ah/Kg的能量密度，而对于重型和间歇放电电池，能量密度约为35Ah/Kg。

 

锌碳电池的优点和缺点

锌碳电池的优点

● 成本比较低

● 有多种形状、尺寸和容量可供选择

● 长期遗留可靠性

 

锌碳电池的缺点

● 非常低的能量密度

● 温度特性差，低温特性差

● 耐泄漏性差

● 在高电流消耗应用中不能有效执行

● 电压稳定性差，电压随放电而稳定下降

 

锌碳电池的应用

1.车用锌碳电池

在过去，铅酸电池是电动汽车中使用最多的电池。但铅酸电池太重，一次充电需要很长时间，行驶距离短，无法与汽油车相比。使用锌碳电池可以更好地解决这些问题。与铅酸电池相比，锌碳电池具有容量大、密度高、重量轻的特点，具备电动汽车供电的基本条件。

现在有很多锂电池替代铅酸使用，锂电池重量轻、体积小，具有优异的环保性能。目前，作为高端产品，它被用作电动摩托车电池和电动汽车电池。制造成本相对较高，成本是锌碳电池的优势。

 

 

2.电站调峰用锌碳电池

今天的社会用电量越来越多，但用电量并不均匀。它通常在白天使用较多，而在晚上使用较少。用电量有高峰也有低谷，而且差距越来越大。目前这个问题的解决方案是抽水蓄能。虽然这一举措可以解决问题，但有三个缺点：第一，它将占用非常大的面积，任何地方都不能建造水电站。

其次，成本太高。建造一座水电站将耗资数亿或数十亿美元。第三，存在大量浪费。从电到水，再从水到电，电力损失约为40%。有了锌碳电池，问题就不会那么严重了。根据理论计算，一座水电站的建设只需十分之一就足以占用土地和投资。至于功率损耗，从较小的测试数据来看，不超过20%。