锌-二氧化锰系统
这些电池在全球范围内最常用于手电筒、玩具、收音机、光盘播放器和数码相机。有三种变体:锌碳电池、氯化锌电池和碱性电池。所有都提供 1.55 到 1.7 伏的初始电压,随着使用下降到大约 0.8伏的终点。
锌碳电池,也称为Leclanché细胞,是一种传统的通用型干电池。它由法国工程师Georges Leclanché于 1866 年发明,由于其易于获得的低成本组成材料,它立即在大尺寸产品上取得了商业上的成功。它仍然是最便宜的干电池,几乎随处可见。这种电池的阳极是锌合金片或“罐”,一种含有少量铅的合金,镉和汞。电解质由氯化铵的饱和水溶液组成,其中大约含有 20%氯化锌。阴极由不纯的二氧化锰制成(通常从非洲、巴西或墨西哥的特定矿床中开采)。这种化合物与炭黑和电解质混合,形成一种潮湿的、活性的阴极混合物,该混合物在碳集电棒(也称为电极)周围形成。这种类型的所有电池都具有外包装结构,带有用于电接触的金属盖。
阴极的二氧化锰通常是高纯度的合成二氧化锰与天然品种的混合物。与锌碳电池相比,氯化锌电池的连续使用能力更强,尤其是在玩具等机动设备中。它的使用也在增加,因为它可以提供令人满意的性能,而无需在锌合金中使用剧毒的汞和镉。
锌-二氧化锰电池的最高功率密度(瓦特/立方厘米)在具有碱性电解液,它允许完全不同类型的结构。碱性电池在 1950 年代开始商业化,现在是最受欢迎的家用电池。一个非常纯的二氧化锰-石墨混合物的阴极和一个粉末锌合金的阳极与氢氧化钾电解质相关联,并装在一个钢罐中。早期碱性电池的锌含有 6% 到 8% 的汞,但现在的版本不添加汞,以减少处置对环境的影响。此外,碱性电池提供更高的容量来操作手电筒、玩具、CD播放器和收音机比上面讨论的其他两种锌-二氧化锰系统中的任何一种都要好。