二氧化锰在电池工业中的双重身份

在锌 - 锰干电池这一经典一次电池中，二氧化锰是核心正极材料，同时还能通过催化作用抑制副反应。锌 - 锰干电池分为酸性和碱性两类，在酸性体系如碳锌电池中，二氧化锰作为正极活性物质参与反应，其正极反应为 MnO₂ + H⁺ + e⁻ → MnO (OH)，与负极锌筒的 Zn - 2e⁻ → Zn²⁺反应共同构成电池总反应，此时二氧化锰是能量转化的核心，其含量直接影响电池容量。而在碱性体系中，正极反应变为 MnO₂ + H₂O + e⁻ → MnO (OH) + OH⁻，碱性环境让二氧化锰的还原反应更高效，放电电压更稳定，电池容量也比酸性体系提升约 30%，利用率可达 90% 以上。除了作为电极活性材料，二氧化锰还能抑制副反应，电池放电时，负极锌与电解液可能发生副反应产生 H₂，H₂积累会导致电池内部气压升高，引发漏液或爆炸，而二氧化锰可催化 H₂的氧化反应，将其转化为无害的水，保障电池安全性。同时，二氧化锰本身具有一定导电性，能降低正极反应的电荷转移电阻，加速电子在电极表面的传递，提升放电效率。
尽管二氧化锰传统上多用于一次电池，但通过材料改性，如纳米化、复合化等手段，其在二次电池即可充电电池中的应用也逐渐受到关注。在锌 - 锰二次电池也就是可充电碱性锌锰电池中，放电时二氧化锰还原为 MnO (OH)，充电时，MnO (OH) 在二氧化锰的催化作用下氧化回 MnO₂，不过需要添加碳黑等导电剂来改善可逆性。目前通过掺杂金属离子如 Co³⁺、Ni²⁺，或制备 δ-MnO₂这种层状结构，电池的循环稳定性得到提升，循环寿命可达 50-100 次。在锂离子电池中，二氧化锰尤其是具有隧道结构的 α-MnO₂，可作为正极的掺杂相或涂层材料，增强电极的离子导电性，其锂离子扩散系数可达 10⁻⁷~10⁻⁹ cm²/s，能提升电池的倍率性能即快速充放电能力。
二氧化锰在电池工业中以 “电极活性材料 + 催化剂” 的双重身份展现出核心价值，在一次电池中是能量转化的主体且能抑制副反应，在二次电池中通过结构设计可拓展至可充电体系，在新型电池如燃料电池、金属 - 空气电池中作为低成本催化剂替代贵金属。未来，随着材料改性技术的不断进步，二氧化锰在高容量、长寿命电池中的应用潜力将得到进一步释放，尤其在低成本储能领域具有不可替代的优势。

author：Hazel
date:2025-07-30