常用電池的結構及其廢棄污染問題(Structures of Common Cells )

常用電池的結構及其廢棄污染問題(Structures of Common Cells )
台北縣私立淡江高級中學化學科賴亭吟老師/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

碳鋅電池

碳鋅電池的橫截面如下圖：
圖一  

碳鋅電池的負極（陽極）為鋅殼，正極（陰極）為碳棒，並以二氧化錳(MnO₂)、澱粉、氯化銨(NH₄Cl)或氯化鋅(ZnCl)等鹽類水溶液作為電解液。電池化學反應為陽極的鋅被氧化放出電子，電子經由電線跑到陰極，電解液中的 NH₄⁺ 還原成氫氣，氫氣再被二氧化錳氧化生成二氧化三錳和水。陰極碳棒（石墨棒）為惰性電極，不參與化學反應，實際被還原反應物為二氧化錳，因此碳鋅電池又稱為鋅錳電池。

鋰電池

鋰電池的構造面如下：
圖二

鋰電池的正極（陽極）為固定於鎳網上的金屬鋰，負極（陰極）為碘，電解質為薄層的碘化鋰(LiI)晶片，介於陰極與陽極之間。

二次鋰電池中的正極或負極必須具有類似海綿的物理結構，以釋放或接收鋰離子。正極可選擇的材料很多，目前多採用鋰鐵磷酸鹽。負極多使用石墨，目前新發現鈦酸鹽可能是更好的材料。充電時，鋰離子從負極流出至電解液，再像水進入海綿一樣進入正極材料，放電的過程則完全相反。電解液可以是凝膠體、聚合物（鋰離子/鋰聚合物電池）、或凝膠體與聚合物的混合物，常以鋰鹽，如高氯酸鋰(LiClO₄)、六氟磷酸鋰(LiPF₆)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)溶入有機溶劑，如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。但有機溶劑容易在充電時破壞石墨的結構，並在表面形成固體電解質膜，導致電極鈍化。有機溶劑還會帶來易燃、易爆等安全性問題。

據研究顯示，一顆一號電池埋在土中會讓一平方公尺土壤永久失去利用價值，一粒鈕扣電池會使六百噸相當於一個人一生飲水量的水無法飲用。由於電池污染具有周期長、隱蔽性大等特點，其潛在危害相當嚴重。

此外廢乾電池中含有鋅、錳、鎳、鈷、鐵，以及對環境危害最大的汞和鎘等重金屬等，以下分別介紹常見重金屬對人體的影響：

汞
汞是在室溫下唯一呈液體狀態的金屬，可由腸道吸收。有機汞在體內組織中滯留的時間較久，其吸收比率以甲汞最高。汞具有明顯的神經毒性，進入人體後由血液運送至各組織，對內分泌系統、免疫系統、中樞神經系統等都有不良影響，會導致語言及步行障礙、聽覺受損、加速老化等，對兒童影響更大。

鎘
鎘毒性是潛在性的，在人體內極易引起慢性中毒，是一種毒性很大的重金屬。慢性鎘中毒容易發生在鎘污染區，藉由鎘污染的蔬菜、稻米、地下水等經食物鏈進入人體。鎘在人體的吸收率非常低，但會慢慢累積，其中約50～75％積存在肝及腎臟中，呼吸所吸入的鎘約50%被吸收。鎘對人體組織和器官的影響是多方面的，且治療極為困難，主要病症是肺氣腫、骨質軟化、貧血，長久之下易形成軟骨症及自發性骨折，四肢因而疼痛不已，稱之為「痛痛症」(Itai-itai disease)。

鉛
鉛進入人體的方式大致有呼吸道吸入、消化道食入、皮膚吸收等三種。 ㄧ但進入人體後，80％以上貯存於骨骼與牙齒，其餘則存在血液和軟組織中，且最難排泄。 當身體因過度疲勞、發燒或其他原因而使血液酸性增加時，骨骼或牙齒中的鉛便流入血液中，增加鉛中毒之症狀。慢性鉛中毒會影響血流、神經、泌尿、生殖等系統，導致貧血，神經功能失調，腎損傷等，對兒童危害性更大。

鎳
具有致癌性，對水生生物有明顯危害，且鎳鹽能引起過敏性皮膚炎。

參考資料：
1. 基慧能源站網站--電力與我-電池結構。
  http://www.kws.edu.hk/energy/electric_structure.htm（圖二）
2. 李文雄，〈鋰電池--E世代的能源〉，《科學發展》，362期，第32頁至35頁，2003年2月。
  http://web1.nsc.gov.tw/ct.aspx?xItem=7853&ctNode=40&mp=1
3. 意文，〈小小廢電池污染大（上）〉，大紀元網站，2006年11月3日。
  http://www.epochtimes.com/b5/6/10/25/n1498694.htm
4. 〈電池污染來源有多大〉，國土資源部門戶網站，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. 維基百科網站--鋅錳電池
  http://zh.wikipedia.org/zh-tw/鋅錳電池（圖一）
7. 維基百科網站--鋰電池
  http://zh.wikipedia.org/zh-tw/鋰電池