碳鋅電池

不同型號的碳鋅電池

碳鋅電池，又稱碳鋅乾電池、碳性電池、碳性電芯、乾電池、酸性鋅碳電池。碳鋅電池有一層由鋅構成的外殼，作為電池的負極。碳鋅電池是從液體Leclanché電池發展而來。傳統或一般型以氯化銨為電解質；「超級」或「高能」（英文標示：Super Heavy Duty）電池則通常是使用氯化鋅為電解質的碳鋅電池，是一般使用的廉價電池的一種改良版。電池的正極主要是由粉末狀的二氧化錳和碳構成。電解液是把氯化鋅、氯化銨、碳粉和澱粉溶於水中所形成的糊狀物質。

碳鋅電池正極的碳棒與二氧化錳中所混合的碳只負責引出電流，並不參與反應；正極實際參與還原反應並提供正電的是二氧化錳，因此，又稱為錳鋅電池、鋅錳電池或鋅－二氧化錳電池，也有簡稱錳乾電池的。

碳鋅電池是最便宜的一次電池，因此成為很多廠商的首選，因為這些廠商所銷售的設備中常常需要配送電池。鋅碳電池適合用於遙控器、玩具或電晶體收音機等功率不大的設備可發揮最大效用。

一次電池

一個碳鋅乾電池是一種一次電池。一旦放電完畢，就不能夠被再次充電而只能被丟棄。一些「電池翻新」設備也曾經出現在市場上，通過對電池加上一個反向電流來恢復部分電量。但這些設備往往只能暫時地給電池充電而且容易導致電池洩漏以及爆炸。與其它種類電池相比，碳鋅電池之所以更容易洩漏，是因為鋅同時作為放電時被消耗的負極和電池容器。鋅錳電池發明於19世紀60年代，並在後來通過改進電解液形式成為乾電池。

化學反應

碳鋅電池的橫截面。1：金屬帽（+），2：石墨棒（正極），3：鋅外殼（負極），4：二氧化錳（陰極），5：潮濕的氯化銨糊狀液體（電解質），6：金屬末端（-）

碳鋅電池的容器是一個鋅罐。裡面有一層由氯化銨和氯化鋅構成的糊狀液體，稱為電解質。電解質通過一個紙層與粉末狀的碳和二氧化錳隔開。這些粉末填充在一個碳棒的周圍。

在碳鋅電池中，外部鋅容器是帶負電的端子。鋅通過以下半反應被電荷載體氯化物（Cl−）氧化：

陽極（氧化反應，標記為−）

${\ce {Zn + 2 Cl- -> ZnCl2 + 2 e-}}$

陰極（還原反應，標記為+）

${\ce {2MnO2 + 2NH4Cl + H2O + 2e- -> Mn2O3 + 2NH4OH + 2Cl-}}$

同時可能會發生其他副反應，但是碳鋅電池中的總反應可以表示為：

${\ce {Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl + H2O -> ZnCl2 + Mn2O3 + 2NH4OH}}$

如果用氯化鋅代替氯化銨作為電解質，則陽極反應保持不變：

${\ce {Zn + 2 Cl- -> ZnCl2 + 2 e-}}$

陰極反應生成氫氧化鋅而不是氫氧化銨：

${\ce {2 MnO2 + ZnCl2 + H2O + 2e- -> Mn2O3 + Zn(OH)2 + 2Cl-}}$

總反應為：

${\ce {Zn + 2MnO2 + H2O -> Mn2O3 + Zn(OH)2}}$

碳鋅電池的電動勢大約為1.5V。電動勢的近似性質與陰極反應的複雜性有關。陽極（鋅）反應因具有一個已知電勢而相對簡單。副反應和活性化學物質的耗盡會導致電池的內阻增加，電池的電動勢降低，從而導致端子電壓在負載下下降。

洩漏棒

當一個碳鋅電池使用一段時間以後，由於金屬鋅被氧化成為鋅離子，鋅外殼會逐漸變薄。因此，氯化鋅溶液常常可以從電池中洩漏出來。洩漏出來的氯化鋅往往會使電池表面變粘。一些老的電池沒有洩漏保護。一個鋅碳電池的使用壽命比較短，保存期一般為一年半。

另外，就算電池沒有使用，鋅外殼也會慢慢的變薄。這是因為電池內的氯化銨有弱酸性，可以與鋅反應。

氯化鋅電池

高能氯化鋅電池是簡單鋅碳電池的一個改良版，用來提供更長的使用壽命以及更穩定的電壓輸出。與普通鋅碳電池相比，氯化鋅電池的電解液不含氯化銨，由純的氯化鋅糊狀液體構成。因此，陰極反應也有一些不同：

MnO₂(s) + H₂O(l) + e⁻ → MnO(OH)(s) + OH⁻(aq)

總反應如下：

Zn(s) + 2 MnO₂(s) + ZnCl₂(aq) + 2 H₂O(l) → 2 MnO(OH)(s) + 2 Zn(OH)Cl(aq)

參見

• 原電池
• 鹼性電池
• 閃光燈電池

參考資料

1. Eveready：碳鋅電池使用作明書 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
2. Rayovac：鹼性與高能電池使用說明書
3. Power Stream電池化學常見問題與解答 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
4. 電池組成 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）