鹼性電池

鋅碳電池 (Zinc-carbon Battery) 與鹼性電池 (Alkaline Battery)
國立臺灣大學化學系黃俊誠博士/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

鋅碳電池，又稱鋅碳乾電池、碳性電池、碳性電芯，外殼由鋅構成。第一個商用乾電池是由法國科學家勒克朗社（G. Leclanché, 1839-1882）所發明，電池的陽極是鋅罐。陰極是一支碳棒（石墨棒），碳棒是惰性電極，只作為電子的通路，本身沒有直接參與化學反應。兩電極之間填滿了氯化銨（NH₄Cl）為電解質、二氧化錳（MnO₂）和氯化鋅（ZnCl₂）的飽和溶液以及一些惰性漆料濕漿糊（圖1）。當電極被連接時，陽極的鋅即被氧化就失去電子(e^–)。失去的電子便經由電線跑到陰極，使NH₄Cl中解離出的NH₄⁺離子還原成NH₃，同時也形成氫氣。釋出的氫再被二氧化錳所氧化，而NH₃則被利用形成錯合物Zn(NH₃)2Cl₂。

陽電極上發生的氧化作用：

Zn(s) → Zn²⁺ (aq) + 2e^–

陰電極上發生的還原作用：

2NH₄⁺ (aq) + 2e^– → 2NH₃(aq)＋H₂(g) 2MnO₂(s) + H₂(g) → Mn₂O₃(s) + H₂O(l)

鋅離子則與氨反應，生成錯合物：

Zn²⁺ (aq) + 2NH₃(aq) + 2Cl^–(aq) → Zn(NH₃)2Cl₂

電池內的整體反應：

2MnO₂(s) + 2NH₄Cl(aq) + Zn(s) → Zn(NH₃)2Cl₂ + Mn₂O₃(s) + H₂O(l)

鋅碳電池的電壓為1.5 V，這種電池適用於只需少量電流的電器。此電池至少有兩個缺點，第一若電池放電太快便不能及時除去生成的氣體，令電壓減低，要暫停使用一會，電壓才能恢復到原來的水平；此外這種電池的壽命亦較短，這是因為除了鋅電極放電時會反應之外，電池在未使用時，酸性氯化銨也會與鋅電極發生作用。一段時間後鋅外殼會變薄，電池內的糊狀化學藥品便會泄出，因此在電池外常加上一層鋼製或膠製的外殼，防止與大氣作用，亦可防止糊狀化學藥品泄出。