锌空气电池的特点（锌空气电池发展现状）

什么是锌空气电池？锌空气电池是一种特殊的燃料电池。阳极使用空气中的氧气，阴极使用金属锌，电解液使用水溶性电解液。已有100多年的发展历史。主要产品类型分为锌空气一次电池和锌空气二次电池。一次电池常用于路灯，可充电的锌空气二次电池因大规模储能的兴起而率先在美国工业界引起关注。

在可直接充电的锌-空气二次电池运行期间，金属锌电极溶解或沉积，放电产物溶解在碱性电解质中。空气中的氧气在负载双功能电催化剂的空气电极中发生氧还原(ORR)或氧析出(OER)的电化学反应，从而完成电能和化学能的相互转化。锌空气电池的化学方程式如下：

负电极：锌2OH-氧化锌H2O 2e--

正极：O22h2o 4e4oh

总反应：2Zn O22ZnO。

锌空气电池的特点(1)低成本特点：负极锌、正极空气、水基碱性电解液等原材料足够便宜。成本主要来自空气电极催化剂。与氢燃料电池催化剂相比，锌空气电极催化剂用于碱性电解质，催化剂类型的选择极其广泛。根据美国EOSEnergyStorage公司的公开资料，250kW/1MWh系统的全寿命周期成本为212$/kWh(约1450元/kWh)，相当于铅碳电池系统的成本。

(2)高能量特性：电池的正极以空气中的氧气为活性物质，容量无限，电池的比能量取决于负极的容量，可达350-500 Wh/kg；

(3)安全性高：水和电解质不易燃，运输过程中无危险，无有毒物质。此外，锌空气电池具有环保、灵活定制的特点，可以打破现有的多个电池市场竞争格局，是一项极具市场竞争力和广阔市场空间的技术。

锌空气电池的发展现状。锌空气一次电池的研究现状发展至今，锌空气电池的相关技术不断完善，各方面性能也有了显著提高。主要产品形式分为锌空气一次电池和锌空气二次电池，可以满足各种用途的需求。

与其他一次电池相比，锌空气电池具有容量大、能量密度高、价格低廉、放电曲线稳定等优点。目前，一次性电池产品除了常见的纽扣电池外，也日益多样化，应用领域也相应扩大。

(1)钮扣型一次电池

早期商用的锌空气电池仅限于扣式一次电池，既安全又便宜。用于便携式电子产品，主要是助听器。目前这种电池的用途正在扩大，因为高能量密度可以逐渐满足各种用途的一般要求，如电子表、计算器、电子词典等便携式电子信息产品。

(2)其他结构的一次电池

随着圆柱形电池漏液问题的逐步解决，实现了实用圆柱形系列锌空气电池的生产和推广。此外，手机用方形电池的研究在国内一些研究单位也取得了不错的成果。将锌空气电池推向手机应用领域的第一家公司是以色列ElectricFuel公司。摩托罗拉手机在实验阶段可以实现6.2H的连续通话，最终有望达到10H以上。这种电池与锂离子电池、MH-Ni电池相比，在价格、重量、通话时间等方面都有明显优势。武汉大学还开发了一种方形的手机锌空气电池。电池组比能量高达220Wh/kg，最大输出功率可达3.6W，综合性能完全满足手机要求。

此外，锌空气蓄电池也受到关注，它体积相对较小，储能较大，广泛应用于军事装置、航海照明、野外勘探等。

2.锌空气二次电池的研究现状近年来，电动汽车发展迅速，为锌空气电池提供了广阔的发展空间。锌空气电池具有高能量、零污染、不可燃、可回收利用等特点。非常适合作为城市电动汽车的电源，发展潜力巨大，使得人们逐渐将其研究转移到大功率动力电池上？锌空气二次电池也成为各个研究机构的发展重点。锌空气二次电池主要包括可直接充电的锌空气电池、可机械更换的锌空气电池和锌空气燃料电池。

(1)连接可充电锌空气电池

直接充电式锌空气电池直接给锌空气电池的锌电极充电，过程中存在很多问题。如锌在碱性溶液中具有很大的电化学活性，热力学性质不稳定，而锌酸盐作为充电产物在碱性溶液中的溶解度较高，因此电极容易变形、枝晶生长、自腐蚀和钝化，导致电极逐渐失效。此外，空气电极可逆性差，电解液在大气环境中易碳酸化，电解液受空气湿度影响较大。相对湿度低时，电池会失水，导致电解液不足，电池失效；当空气相对湿度较高时，电解液变稀，电导率下降，气体电极的催化层可能被淹没，降低电极活性，导致电池失效。因此，可充电锌空气二次电池的应用受到一定程度的限制。

(5)机械可充电锌空气电池

鉴于直接充电式锌空气电池存在的问题难以解决，研究人员在研究过程中根据锌空气电池的放电特性和自身特点，建立了二次锌空气电池的充电新概念——机械“充电”。所谓机械“充电”，就是在电池完全放电后，将电池中用过的锌电极取出，换上新的锌电极，或者将整个电池全部更换。整个过程需要3-5分钟。锌电极气体电池可以在超市、电池直销店、汽车配件店等购买。非常有利于普及锌空气电池驱动的电动汽车。将用过的锌电极或锌空气电池送到专门的锌回收厂进行回收再加工，实现了环保无污染。

近几年？以色列科学家对电动汽车用机械可充电锌空气电池进行了深入探讨。据J.R.Goidsrein等人介绍，他们研制的这种电池组比能量达到180-200W/Kg，80%放电深度时峰值比功率可达100W/KG。他们使用的电池模块由22个单体电池组成，容量为250ah，总能量为6.25KWH，整个电池组由24个模块组成，总能量为150kwh，质量约800kg。仅更换一次锌电极，车辆行驶里程就可超过300km，这种锌空气电池组已成功应用于德国邮政车辆。锌电极的更换和再生由专门的充电站完成。

中国科学技术大学的研究团队在这方面也做了一些工作。他们为电动自行车开发的动力电池有四个模块，每个模块有10个电池。整个电池组质量约8kg，比能量200wh/kg，放电深度70%以上。团队已经基本完成了单车单独行驶和电池再生的循环实验。置换出的氧化锌混合物在电解槽中循环使用，电解锌经简单处理后可重新制成锌电极。

(3)锌空气燃料电池

锌空气燃料电池的概念是根据现有的燃料电池提出来的，其基本原理类似于机械“充电”，是代替锌电极活性物质。锌空气燃料电池是将配制好的锌膏连续不断地送入电池，同时将反应后的混合物排出电池，同时保证电池在运行时有足够的氧气供应。这样，电动车只需要携带装有锌膏的油箱，装上足够的燃料，就可以实现持续行驶。然后按时更换油箱，并带走

锌空气燃料电池的基本原理没有问题，尤其是锌膏的制备和混合，关键在于整体结构的设计。这种思路存在的问题主要是如何将锌膏输送到电池中，以及如何将反应产物从电池中排出而不损伤电池的其他部分。由于锌膏的粘度很高，不能像气体和液体那样用泵输送，而是用挤压或其他方式输送。放电反应后的锌膏成分复杂，很难排出电池。因为这些问题很难解决，锌空气燃料电池至今还处于实验阶段。

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