碳锌电池结构原理

碳锌电池结构原理

碳锌电池的容器是一个锌罐。里面有一层由NH₄Cl和ZnCl₂所构成的糊状液体，这个糊状液体通过一个纸层与粉末状的碳和二氧化锰隔开。这些粉末填充在一个碳棒的周围。

在这个干电池里，最外层的锌是电池的负极。在半反应中，锌被氧化，如下式所示：

Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2 e⁻

一个由粉末状碳和二氧化锰所围绕的石墨棒作为正极。其中，二氧化锰和碳粉混合是为了增加正极的导电性。阴极反应如下图所示：

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

H⁺来自于NH₄⁺(aq):

NH₄⁺(aq) → H⁺(aq) + NH₃(aq)

产生的NH₃可以与Zn²⁺结合。

在整个半反应中，锰的氧化态由+4被还原到了+3。

尽管很多副反应也可能发生，但锌碳电池的总反应还是可以由下式表示：

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

碳锌电池的电动势大约是1.5V。电动势的不确定是由于阴极反应十分复杂，相比来说，阳极反应（锌端）则有一个已知的电势。副反应及活性反应物的消耗直接导致电池的内阻增加，电池电动势降低。