常用电池的结构及其废弃污染问题(Structures of

碳锌电池

碳锌电池的横截面如下图:
图一  
常用电池的结构及其废弃污染问题(Structures of

碳锌电池的负极(阳极)为锌壳,正极(阴极)为碳棒,并以二氧化锰(MnO2)、澱粉、氯化铵(NH4Cl)或氯化锌(ZnCl)等盐类水溶液作为电解液。电池化学反应为阳极的锌被氧化放出电子,电子经由电线跑到阴极,电解液中的 NH4+ 还原成氢气,氢气再被二氧化锰氧化生成二氧化三锰和水。阴极碳棒(石墨棒)为惰性电极,不参与化学反应,实际被还原反应物为二氧化锰,因此碳锌电池又称为锌锰电池。

锂电池

锂电池的构造面如下:
图二

常用电池的结构及其废弃污染问题(Structures of

锂电池的正极(阳极)为固定于镍网上的金属锂,负极(阴极)为碘,电解质为薄层的碘化锂(LiI)晶片,介于阴极与阳极之间。

二次锂电池中的正极或负极必须具有类似海绵的物理结构,以释放或接收锂离子。正极可选择的材料很多,目前多採用锂铁磷酸盐。负极多使用石墨,目前新发现钛酸盐可能是更好的材料。充电时,锂离子从负极流出至电解液,再像水进入海绵一样进入正极材料,放电的过程则完全相反。电解液可以是凝胶体、聚合物(锂离子/锂聚合物电池)、或凝胶体与聚合物的混合物,常以锂盐,如高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)溶入有机溶剂,如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。但有机溶剂容易在充电时破坏石墨的结构,并在表面形成固体电解质膜,导致电极钝化。有机溶剂还会带来易燃、易爆等安全性问题。

据研究显示,一颗一号电池埋在土中会让一平方公尺土壤永久失去利用价值,一粒钮扣电池会使六百吨相当于一个人一生饮水量的水无法饮用。由于电池污染具有周期长、隐蔽性大等特点,其潜在危害相当严重。

此外废乾电池中含有锌、锰、镍、钴、铁,以及对环境危害最大的汞和镉等重金属等,以下分别介绍常见重金属对人体的影响:


汞是在室温下唯一呈液体状态的金属,可由肠道吸收。有机汞在体内组织中滞留的时间较久,其吸收比率以甲汞最高。汞具有明显的神经毒性,进入人体后由血液运送至各组织,对内分泌系统、免疫系统、中枢神经系统等都有不良影响,会导致语言及步行障碍、听觉受损、加速老化等,对儿童影响更大。


镉毒性是潜在性的,在人体内极易引起慢性中毒,是一种毒性很大的重金属。慢性镉中毒容易发生在镉污染区,藉由镉污染的蔬菜、稻米、地下水等经食物链进入人体。镉在人体的吸收率非常低,但会慢慢累积,其中约50~75%积存在肝及肾脏中,呼吸所吸入的镉约50%被吸收。镉对人体组织和器官的影响是多方面的,且治疗极为困难,主要病症是肺气肿、骨质软化、贫血,长久之下易形成软骨症及自发性骨折,四肢因而疼痛不已,称之为「痛痛症」(Itai-itai disease)。


铅进入人体的方式大致有呼吸道吸入、消化道食入、皮肤吸收等三种。 ㄧ但进入人体后,80%以上贮存于骨骼与牙齿,其余则存在血液和软组织中,且最难排泄。 当身体因过度疲劳、发烧或其他原因而使血液酸性增加时,骨骼或牙齿中的铅便流入血液中,增加铅中毒之症状。慢性铅中毒会影响血流、神经、泌尿、生殖等系统,导致贫血,神经功能失调,肾损伤等,对儿童危害性更大。


具有致癌性,对水生生物有明显危害,且镍盐能引起过敏性皮肤炎。

参考资料:
1. 基慧能源站网站–电力与我-电池结构。
  http://www.kws.edu.hk/energy/electric_structure.htm(图二)
2. 李文雄,〈锂电池–E世代的能源〉,《科学发展》,362期,第32页至35页,2003年2月。
  http://web1.nsc.gov.tw/ct.aspx?xItem=7853&ctNode=40&mp=1
3. 意文,〈小小废电池污染大(上)〉,大纪元网站,2006年11月3日。
  http://www.epochtimes.com/b5/6/10/25/n1498694.htm
4. 〈电池污染来源有多大〉,国土资源部门户网站,2008年8月22日。
  http://www.lrn.cn/science/greenLife/200808/t20080822_267713.htm
5. http://www.mobile01.com/topicdet … p;t=1391684&p=1
6. 维基百科网站–锌锰电池
  http://zh.wikipedia.org/zh-tw/锌锰电池(图一)
7. 维基百科网站–锂电池
  http://zh.wikipedia.org/zh-tw/锂电池