一、锌锰干电池的分类和原理

化学电源可分为一次电池、二次电池（又称蓄电池）和燃料电池三种。顾名思义，一次电池就是使用一次后就被废弃的电池。例如锌锰干电池、锌银钮扣式电池、锂电池等。二次电池又称蓄电池，它是在充电后又能反复使用的电池，使用周期较长，故又称之为可充式电池。如铅酸蓄电池，镍?镉电池、金属氢化物镍电池、锂离子电池等。严格来讲，燃料电池也属于一次电池，但一般的一次电池的正、负极活性物质是固体并放在电池内，用完后不能补充，因而容量较小，而燃料电池的活性物质是放在电池外储罐中的气体或液体，只要气体或液体的活性物质源源不断地输入燃料电池中，电池就连续发电。如碱性燃料电池（AFC），熔融碳酸盐电池（MCFC）、磷酸盐电池（PAC），固体氧化物电池（SOFC），固体聚合物电池（SPEFC）等。锌锰干电池根据电解质酸碱性质可分为以下两类：

1．酸性锌锰干电池

酸性锌锰干电池是以锌筒作为负极，并经汞齐化处理，使表面性质更为均匀，以减少锌的腐蚀，提高电池的储藏性能，正极材料是由二氧化锰粉、氯化铵及碳黑组成的一个混合糊状物。正极材料中间插入一根碳棒，作为引出电流的导体。在正极和负极之间有一层增强的隔离纸，该纸浸透了含有氯化铵和氯化锌的电解质溶液，金属锌的上部被密封。这种电池是19世纪60年代法国的勒克兰谢（Leclanche）发明的，故又称为勒克兰谢电池或炭锌干电池，可表示为：（－）Zn|NH4Cl（20%）ZnCl2|MnO2，C（+）

尽管这种电池的历史悠久，但对它的电化学过程尚未完全了解，通常认为放电时，电池中的反应如下：正极为阴极，锰由四价还原为三价

2MnO2+2H2O+2e→2MnO(OH)+2OHˉ

负极为阳极，锌氧化为二价锌离子：

Zn+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2H﹢+2e

总的电池反应为：

2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2

实践经验表明，该电池的电流—电压特性和二氧化锰的来源有关，也直接地依赖于锰的氧化价态、晶粒的大小及水化程度等。目前已全部以ZnCl2电解液代替NH4Cl，充分说明Zn与Cl配合[ZnCl4]，而不必有NH4存在，放电前pH=5，放电后pH上升到pH=7为中性。

该电池的特点：（1）开路电压为1．55V～1．70V；（2）原材料丰富，价格低廉；（3）型号多样1号～5号；（4）携带方便，适用于间歇式放电场合。缺点是：在使用过程中电压不断下降，不能提供稳定电压，且放电功率低，比能量小，低温性能差，在－20℃即不能工作。在高寒地区只可使用碱性锌锰干电池。

2．碱性锌锰干电池

碱性锌锰电池简称碱锰电池，它是在1882年研制成功，1912年就已开发，到了1949年才投产问世。人们发现，当用KOH电解质溶液代替NH4Cl做电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。它的电池表达式为：

（－）Zn︱KOH，K2[Zn(OH)4]︱MnO2，C（+）

它的电极反应如下：

正极为阴极反应：

MnO2+H2O+e→MnO(OH)+OHˉ

MnO(OH)在碱性溶液中有一定的溶解度

MnO(OH)+H2O+OHˉ→Mn(OH)4

Mn(OH)4+e→Mn(OH)4

负极为阳极反应：

Zn+2OHˉ→Zn(OH)2+2e

Zn(OH)2+2OHˉ→Zn(OH)42ˉ

总的电池反应为：

Zn+MnO2+2H2O+4OHˉ→Mn(OH)42ˉ+Zn(OH)42ˉ

由于正极为阴极反应不全是固相反应，负极为阳极反应是可溶性的Zn(OH)42ˉ，故内阻小，放电后电压恢复能力强。碱性锌锰电池采用了高纯度、高活性的正、负极材料，以及离子导电性强的碱作为电解质，使电化学反应面积成倍增长。它的特点：（1）开路电压为1.5V；（2）工作温度范围宽在－20℃～60℃之间，适于高寒地区使用；（3）大电流连续放电其容量是酸性锌锰电池的5倍左右；（4）它的低温放电性能也很好。

我国目前主要生产酸性锌锰电池、碱性锌锰电池，前者如大公、牡丹、中华、天鹅、555，后者如南孚、双鹿、白象等。

仅根据1995年统计资料表明，全世界干电池总产量为250亿只，其中碱锰电池为70亿只。5年来，美国、欧洲和日本的碱锰电池年增长率超过12%，美、欧、日国内碱锰电池所占市场比例分别为72%、52%和29%。我国碱锰电也总产量近3亿只，仅占干电池总产量的3%，预计5年内将提高到10%～15%。从目前发展现况来看，“南孚”、“双鹿”、“白象”等品牌已达到国际标准，生产速率最高200只/min，美国、日本已达300只/min以上。