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干電池
一次性電池
簡介
可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自制的電池
干電池屬于化學(xué)電源中的原電池，是一種一次性電池。因?yàn)檫@種化學(xué)電源裝置其電解質(zhì)是一種不能流動(dòng)的糊狀物，所以叫做干電池，這是相對(duì)于具有可流動(dòng)電解質(zhì)的電池說的。干電池不僅適用于手電筒、半導(dǎo)體收音機(jī)、收錄機(jī)、照相機(jī)、電子鐘、玩具等，而且也適用于國防、科研、電信、航海、航空、醫(yī)學(xué)等國民經(jīng)濟(jì)中的各個(gè)領(lǐng)域，十分好用。普通干電池大都是錳鋅電池，中間是正極碳棒，外包石墨和二氧化錳的混合物，再外是一層纖維網(wǎng)。網(wǎng)上涂有很厚的電解質(zhì)糊，其構(gòu)成是氯化銨溶液和淀粉，另有少量防腐劑。最外層是金屬鋅皮做的筒，也就是負(fù)極，電池放電就是氯化銨與鋅的電解反應(yīng)，釋放出的電荷由石墨傳導(dǎo)給正極碳棒，鋅的電解反應(yīng)是會(huì)釋放氫氣的，這氣體是會(huì)增加電池內(nèi)阻的，而和石墨相混的二氧化錳就是用來吸收氫氣的。但若電池連續(xù)工作或是用的太久，二氧化錳就來不及或已近飽和沒能力再吸收了，此時(shí)電池就會(huì)因內(nèi)阻太大而輸出電流太小而失去作用。但此時(shí)若將電池加熱，或放置一段時(shí)間，它內(nèi)部的聚集氫氣就會(huì)受熱放出或緩慢放出。二氧化錳也到了還原恢復(fù)，那電池就又有活力了！
切勿解剖干電池??！不可將其置于火上進(jìn)行灼燒或炙烤。
國內(nèi)發(fā)展
“十一五”期間，我國干電池市場規(guī)模迅速擴(kuò)大，產(chǎn)量平均以每年約20%的速度快速增長，總體規(guī)模增長了2倍，由2005年的約7000萬多KVAh上升至2010年的14416.68萬KVAh。2011年，我國干電池行業(yè)產(chǎn)銷規(guī)模均有所擴(kuò)大，利潤及銷售利潤均大幅上升，行業(yè)經(jīng)營效益較好。2011年我國干電池行業(yè)的資產(chǎn)總額為880.91億元，同比增長39.35%;實(shí)現(xiàn)銷售收入965.15億元，同比增長32.40%;實(shí)現(xiàn)利潤總額57.20億元，同比增長10.81%。與此同時(shí)，干電池技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，其比能量、循環(huán)壽命、高低溫適應(yīng)性等問題已有所突破。
發(fā)展沿革
1780年的一天，意大利解剖學(xué)家伽伐尼（LuigiGalvani）在做青蛙解剖時(shí)，兩手分別拿著不同的金屬器械，無意中同時(shí)碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，而如果只用一種金屬器械去觸動(dòng)青蛙，就無此種反應(yīng)。伽伐尼認(rèn)為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)閯?dòng)物軀體內(nèi)部產(chǎn)生的一種電，他稱之為“生物電”。
1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。用手觸摸兩端時(shí)，會(huì)感到強(qiáng)烈的電流刺激。伏特用這種方法成功制成了世界上第一個(gè)電池“伏特電堆”。這個(gè)“伏特電堆”實(shí)際上就是串聯(lián)的電池組。
1836年，英國的丹尼爾對(duì)“伏特電堆”進(jìn)行了改良，又陸續(xù)有效果更好的“本生電池”和“格羅夫電池”等問世。然而在當(dāng)時(shí)，無論哪種電池都需在兩個(gè)金屬板之間灌裝液體，搬運(yùn)很不方便，特別是蓄電池所用液體是硫酸，在挪動(dòng)時(shí)很危險(xiǎn)。
干電池的鼻祖在19世紀(jì)中期誕生。1860年，法國的雷克蘭士（GeorgeLeclanche）發(fā)明了碳鋅電池，這種電池更容易制造，且最初潮濕水性的電解液逐漸用黏濁狀類似糨糊的方式取代，于是裝在容器內(nèi)時(shí)，“干”性的電池出現(xiàn)了。
1887年，英國人赫勒森（WilhelmHellesen）發(fā)明了最早的干電池。相對(duì)于液體電池而言，干電池的電解液為糊狀，不會(huì)溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。
種類
電池結(jié)構(gòu)
負(fù)極材料：鋅（Zn）片
電解質(zhì)：NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊狀物
電池符號(hào)可表示為
（－）Zn|ZnCl2、NH4Cl（糊狀）‖Mn|C（石墨）（+）
負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+
正極：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O
總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O
鋅錳干電池的電動(dòng)勢為1.5V。因產(chǎn)生的NH3氣被石墨吸附，引起電動(dòng)勢下降較快。如果用高導(dǎo)電的糊狀KOH代替NH4Cl，正極材料改用鋼筒，Mn層緊靠鋼筒，就構(gòu)成堿性鋅錳干電池，由于電池反應(yīng)沒有氣體產(chǎn)生，內(nèi)電阻較低，電動(dòng)勢為1.5V，比較穩(wěn)定。
此干電池屬于化學(xué)電源中的原電池，是一種一次性電池，它碳棒以為正極，以鋅筒為負(fù)極，把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┙o外電路。在化學(xué)反應(yīng)中由于鋅比錳活潑，鋅失去電子被氧化，錳得到電子被還原。
使用選購
普通鋅錳電池也稱碳性電池。這是市場上最常見，最便宜的一種。根據(jù)采用的材料，制造工藝不同區(qū)分為普通型和“高能電池”（或稱高性能電池）。價(jià)格低廉是這類電池的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也是明顯的：電容量低，不適合需要大電流和較長期連續(xù)工作的場合，
另外原材料浪費(fèi)很大。因此，國外已逐步減少該種電池的生產(chǎn)，如有名的超霸電池生產(chǎn)公司—GPI集團(tuán)就停止了普通鋅錳電池的生產(chǎn)，而全力制造堿性電池和充電電池。普通鋅錳電池雖然價(jià)格低廉，但從使用的經(jīng)濟(jì)性說趕不上充電電池，從使用的方便性和每小時(shí)使用價(jià)格來說又比不過堿性電池，同時(shí)低檔的普通鋅錳電池還會(huì)漏液損壞電器，因此在國際上認(rèn)為普通鋅錳電池是過時(shí)的產(chǎn)品，有些廠已經(jīng)停止了這種電池的生產(chǎn)，無論進(jìn)口和國產(chǎn)的產(chǎn)品都沒有太大的使用價(jià)值，特別是進(jìn)口普通鋅錳電池更不劃算，是所有電池中性價(jià)比最低的。一個(gè)號(hào)稱“高容量”的五號(hào)電池銷售價(jià)一般是1.5元～2.5元，還不如買容量比它多5～7倍的國產(chǎn)堿性電池。
選購常識(shí)
選購干電池時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
1、根據(jù)需要選擇電池。例如：用在閃光燈、相機(jī)、MP4、電動(dòng)玩具等需要大電流輸出的器具上，最好選用堿性鋅錳電池（L）。用在遙控器、鐘表等一般用電需求的器具上，選用普通鋅錳電池（S、C、P）即可。
2、注意電池的性能價(jià)格比，不要盲目迷信洋品牌。事實(shí)上，不少國產(chǎn)名牌電池的性能價(jià)格比都高于國外同類產(chǎn)品。
3、注意電池的儲(chǔ)存期。普通鋅錳電池保質(zhì)期為2年。購買時(shí)應(yīng)選擇新推產(chǎn)品。堿性鋅錳電池和普通鋅錳電池的區(qū)別電池在常人的眼里分堿性和普通鋅錳電池兩種。過去人們?cè)谌粘Ｊ褂弥谐８械诫姵氐氖褂脡勖蝗缦胂裰欣硐?，這就是堿性鋅錳電池和普通鋅錳電池的區(qū)別。在日常使用中，閃光燈、相機(jī)、MP4、電動(dòng)玩具等這樣大流量的電器具最能顯示出堿性電池和普通鋅錳電池的特點(diǎn)。
堿性鋅錳電池在分別使用閃光燈次數(shù)為144次，照相機(jī)膠卷8卷，玩具開動(dòng)183分鐘。這些指數(shù)均比同期使用中的普通鋅錳電池平均好6.86、4.38、3.81倍，并且在性能價(jià)格比也好4.34、2.78、2.41倍。對(duì)消費(fèi)者來說，使用堿性鋅錳電池可以合理放心使用的。
電池?fù)p害
環(huán)境的污染
電池對(duì)環(huán)境污染很嚴(yán)重，一節(jié)電池可以污染數(shù)十立方米的水。有的甚至說廢電池隨生活垃圾處理可以引起諸如日本水俁病之類的危害，一節(jié)5號(hào)廢電池就可以使一平方米土地荒廢。
電池主要含鐵、鋅、錳等，此外還含有微量的汞，汞是有毒的。
人體健康的損害
廢電池中含有汞、鎘、鉛、鋅等重金屬有毒物質(zhì)。人若汞中毒，會(huì)損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，死亡率高達(dá)40%；鎘的主要危害是腎毒性，還會(huì)續(xù)發(fā)“痛痛病”（引起骨質(zhì)疏松，軟骨病和骨折）同時(shí)還是致癌物質(zhì)；人體食用含鉛的食物，會(huì)影響酶及正常血紅素合成，影響神經(jīng)系統(tǒng)；
廢電池在填埋處理一個(gè)月內(nèi)，其金屬外殼就會(huì)被腐蝕穿孔，廢電池中的有害物質(zhì)就會(huì)進(jìn)入土壤、水體，對(duì)環(huán)境造成污染。據(jù)環(huán)保專家測試，如果6噸生活垃圾中混入一粒含汞電池，當(dāng)這些垃圾進(jìn)行填埋后，土壤中汞的濃度就會(huì)超過安全標(biāo)準(zhǔn)；若廢電池混入生活垃圾進(jìn)入焚燒廠，則其中的汞、鎘等金屬將會(huì)在高溫下氣化排入大氣，使大氣環(huán)境受污染，影響人體的健康。
正常使用時(shí)電池中的汞、鎘等并不會(huì)滲漏出來造成危害。
鎘為人體不需要元素，人體中的鎘是出生后從外環(huán)境經(jīng)呼吸道和消化道攝取而蓄積的。慢性中毒的臨床表現(xiàn)為肺氣腫、骨質(zhì)改變與貧血。日本發(fā)現(xiàn)某些地區(qū)由于長期食用被污染的、含鎘量很高的米和水而發(fā)生痛痛?。ü峭床。?，主要病變?yōu)楣擒浕?，疼痛始于下肢，后遍及全身直至臥床不起。
鎳通常從飲食中攝入，被認(rèn)為可誘發(fā)肺癌和鼻竇癌，國外曾報(bào)道，鎳引起的肺癌平均發(fā)病工齡為27年。鎳中毒主要引起呼吸系統(tǒng)損害，嚴(yán)重者神志模糊或昏迷，并發(fā)心肌損害。
汞具有脂溶性?？赏ㄟ^血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。汞分布于各組織器官，時(shí)期主要分布于肝臟，進(jìn)入體內(nèi)2周后，85%——90%存于腎臟，慢性汞中毒的主要癥狀為易興奮癥、震顫、口腔炎，輕度中毒有神經(jīng)衰弱綜合癥、植物神經(jīng)功能紊亂，以及急躁、易怒、好哭等，重度中毒時(shí)發(fā)生明顯的性格改變、情感障礙、智力減退。
鉛主要通過食物、飲料和大氣攝入。美國研究認(rèn)為，人體血鉛濃度增加，對(duì)健康程度的嚴(yán)重不利影響也相應(yīng)增加。因?yàn)殂U不易被排泄，所以它影響腎、肝、神經(jīng)系統(tǒng)和造血器官，從增高血壓（在中年人中增加心臟病發(fā)作的危險(xiǎn)）、干擾腎功能和生殖功能，一直到不可逆轉(zhuǎn)地?fù)p傷大腦。高血鉛會(huì)使兒童出現(xiàn)行為問題、低智商和精力難以集中。
錳為人體必需的微量元素，但吸收過量則可引起中毒，錳可以經(jīng)呼吸道進(jìn)入，也可經(jīng)消化道進(jìn)入。肝為錳的主要蓄積器官，吸入過量的錳可在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)蓄積，其排出較其他器官為慢。
挑選方法
干電池又稱一次電池，日常生活中我們經(jīng)常用到干電池，比如5號(hào)7號(hào)電池等。干電池都有自放電這一令人討厭的缺點(diǎn)。自放電除與電池的內(nèi)在因素有關(guān)外，還與環(huán)境溫度、濕度有關(guān)；超過一定的儲(chǔ)存期后，由于自放電，電池的性能就要降低，大量使用干電池，進(jìn)行挑選是必要的。
常用的干電池挑選方法：注意查看生產(chǎn)日期，儲(chǔ)存期越短越好；用萬用表DC500mA擋測短路電流，此法雖簡單但不準(zhǔn)確，也不安全，實(shí)質(zhì)是從瞬間短路電流判斷其內(nèi)阻大小，內(nèi)阻越小越好。
若采用兩次測量電壓法既安全又可靠，將兩只2.2V小電珠并聯(lián)后用導(dǎo)線引出兩個(gè)夾子，先測出電池的開路電壓，再將小電珠夾子夾在表筆上，再測出由池帶負(fù)載后的申壓，比較兩次電壓的差越小越好。
電池回收
2003年，國家出臺(tái)《廢電池污染防治技術(shù)政策》規(guī)定，從2005年起停止生產(chǎn)含汞量大于0.0001%的堿性鋅錳電池。如今，隨著技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)工藝的更新，大多數(shù)干電池主要含鐵、鋅、錳等元素，已不再含汞、鉛等重金屬。很多干電池外包裝上還貼上了“不含鉛、汞”的相關(guān)標(biāo)識(shí)。
據(jù)市環(huán)保局相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，如今這些干電池可以和生活垃圾一起運(yùn)往垃圾焚燒填埋場處理，既方便又經(jīng)濟(jì)。不過由于歷史原因，許多人并不知情。在處理?xiàng)l件不很完善的情況下，廢舊干電池若集中處理，反而會(huì)造成一定的污染，可分散裝進(jìn)垃圾袋丟棄。
回收再生
電池產(chǎn)業(yè)方面回收是最被呼吁的話題，國內(nèi)和國際上對(duì)于干電池的含汞量進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，市面的干電池可以隨垃圾處理，但是，如果一個(gè)地方聚集了太多的干電池，又或者干電池未達(dá)到環(huán)保指標(biāo)，則從資源再利用的角度來看，還是有著干電池回收和利用的市場空間。從干電池的主要品類鋅錳電池和堿性鋅錳電池來看，回收可以獲得汞、鋅、鎘等金屬，并徹底解決電池造成的污染。對(duì)干電池而言，其回收利用技術(shù)主要有三種，它們分別是：人工分選法、火法回收、濕法回收。
二、火法回收：干電池被分類、破碎后，送入高溫爐（1）、鋅及氯化鋅被氧化成氧化鋅隨煙排出，由旋風(fēng)除塵器回收其粉末再進(jìn)一步合成為氧化鋅制品；（2）、殘存的二氧化錳及水錳石進(jìn)入殘?jiān)暯?jīng)濟(jì)價(jià)值可確定是否再回收錳粉，這一方法主要著眼于對(duì)鋅的回收。
三、濕法回收：主要是利用化學(xué)反應(yīng)，（1）、將干電池分成碳性和堿性電池后破碎，可將破碎物置于浸出槽中，加入100-120g/L的稀硫酸進(jìn)行浸出，得到硫酸鋅溶液，再由電解法得到金屬鋅；（2）、分離出銅脂、碳棒后，剩余的二氧化錳殘留物和水錳石經(jīng)煅燒后制得二氧化錳。與上述人工分選和火法回收相比，這一方法回收和處理的有害成分不全面。
事實(shí)上，上述三種方法也還是會(huì)有遺留的有害物質(zhì)的，特別是濕法回收的問題更嚴(yán)重。為此，需要在回收利用當(dāng)中兼顧二次污染的預(yù)防。采取的方法是在上述三種方法中同時(shí)加入一些分選和提取步驟，延長回收加工過程，使上述方法中過于粗糙的部分更加細(xì)化，盡量恢復(fù)干電池在制成前的“原生態(tài)”，恢復(fù)銅、鐵、錳、鋅等的自然形態(tài)。這樣，在回收過程中遺留下的溶液或者灰渣也就是沒有污染的了。
三項(xiàng)指標(biāo)
一、標(biāo)稱電壓，通俗講就是正常工作時(shí)的路端電壓，嚴(yán)格說是新電池電壓值到最低電壓值時(shí)間的平均電壓。新電池或剛充完電的電池電壓會(huì)略高于額定電壓，開始使用后馬上就會(huì)落到這一值上，此后能在這一值上保持較長的時(shí)間。當(dāng)?shù)陀谠撾妷汉螅姵仉妷壕蜁?huì)較快地下降，直至不能使用。
二、容量：電池的電能量，一般用mAh,500mAh則表示此電池以50mA的電流放電，能工作10小時(shí)。這樣的計(jì)量較為粗糙，因?yàn)椴煌再|(zhì)的電池在以不同電流放電時(shí)，工作時(shí)間是不成線性比例的。故較嚴(yán)格的電池容量是用對(duì)多少歐姆電阻能放電多少時(shí)間來表示，并且放電方式還有連續(xù)、間隙和短時(shí)等差別。例如，某品牌堿性電池，對(duì)10歐姆負(fù)載，連續(xù)放電至0.9伏的時(shí)間≥20小時(shí)；對(duì)1.8歐姆負(fù)載，每分鐘放電15秒，放至0.9伏的次數(shù)≥660。前者的放電條件相當(dāng)于較大錄音機(jī)或普通電動(dòng)玩具，后者則類似閃光燈充電。越是新穎高品質(zhì)的電池，容量的線性也越好。
三、存放期和自放電率，一般一次性電池有存放時(shí)間，約2-3年左右。這是由于電池在自由放置進(jìn)的放電效應(yīng)引起的，充電電池由于自放電率較高，一般直接給出自放電率，每月百分之幾（[%]/月）。
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作者
