5号电池制作过程详解

作者: CastAI

来源: 把科学带回家

发布日期: 2019-02-26

本文详细介绍了5号碱性电池的结构和制作过程,包括电池的物理知识、电池结构、反应原理、制作步骤以及与碳性电池的区别。

把头薅秃之前,总算把5号电池的制作搞明白了!先来复习下基本的物理知识~为啥有电?这段导线中包括金属阳离子和自由电子,通常情况下,自由电子是随机往各个方向乱窜的。而加了电压之后,电子就会老老实实地沿着下图线的方向,从负极流向正极,这就形成了电流。电子呢,是带负电的,物理上规定电流的方向,是正电荷定向移动的方向或者是电子运动方向的反方向。

在小灯泡实验中,我们用的5号电池一般是1.5伏特,是一个不起眼的小电源,但上面这个电池剖图有没有超出你想象的复杂?哈哈,开始啦!我们慢慢解释碱性电池的结构和制作过程吧~电池结构我们大概都知道:碱性电池的外壳是钢外壳;电池凸头的部分是正极;电池平头(有的甚至有点内陷)的部分是负极。但是很少人知道,碱性电池的负极里居然藏了个大头钉一样的存在!

这其实是个金属针,作用是收集下图里蓝色区域的负极物料中的电子,再把他们传向正极。上图这个钢壳儿边上黑色的夹层呢,则是阳极混合物,通常是二氧化锰MnO2和石墨导体的混合物。就是像上图这样的,在制作的时候首先被压制成正极圆环,再一个一个的装入电池中。

总的反应是:Zn+MnO2+2H2O+2OH-=Mn(OH)2+[Zn(OH)4]2-在这个反应式里我们看到锌从单质变成了氧化物,化合价升高了,因此自由电子就开始移动了!因此这边是负极。而二氧化锰中的锰被还原了,化合价变低了,牺牲了自己,成就了别人...所以是正极。电池的正极和负极是不能直接接触的,那这中间用啥来当隔离介质呢?就是在锌粉和碱粉混合物外面用层压纸一包,成了下图的隔离层。

当然实际上隔离膜不是包起来的,在流水线上先被做成隔膜管,再插进电池的钢壳里的。当我还是熊孩子的时候,还拆开过电池...(很危险!小朋友们不要学!)会发现里面有「水」一样的液体,其实是在负极注入的碱性电解质液,当然还要注入锌粉膏体的。现代化一些的电池制造,已经直接是灌进去混合好的锌和氢氧化钾电解质的凝胶啦~这样既减少注入工序,又增大了负极的反应面积,电池性能也会更好的。

至于正极的二氧化锰和石墨这俩粉末的混合,就要靠振动了!把粉末们混合在一起,不停抖、抖、抖...接下来是加盖,这图这个环,起着密封电池内部物料并把阴阳极分区的作用,并且支撑着放进去的铜针不会跑偏。制作的具体过程,是先密封盖上滴进去点涂胶,一般是沥青作为粘合剂。然后再用机器把铜针竖直插进去,最后进行封口。

和火柴的抽检不一样,每一块电池都是需要检测的!就是下图这样的机器连接正负极进行检测。不合格的电池还会被直接剔除出送去包装的队伍...出厂前再贴上包装纸,我们常见的一节5号电池就完成啦!像这样制作出来的碱性电池,能比普通电池的容量和放电时间更加持久。

除了「碱性电池」,还有一种电池叫做「碳性电池」,也就是「中性锌锰电池」,是那种需要回收的干电池。它的正极是碳,而负极是锌皮,那负极也就不存在那个大头钉,而是在正极插了一根碳棒。(我在说什么呀...果然原电池电反应依旧让人头疼!)

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