锌空电池

1 锌空气电池的结构和工作原理

锌空气电池主要由正电极、负电极以及电解液三部分组成。其中正极是空气电极（氧电极），负极是金属电极（锌电极），电解液则主要是氢氧化钠或氢氧化钾碱性溶液。比如碱性锌－空气电池的电池表达式为： Zn?KOH?O2(空气)（+）

正极（空气电极）反应： 1/2 O2 + H2O + 2e－ ? 2 OH－ 负极（锌电极）反应： Zn+ 4OH－ ? Zn(OH)42－ + 2e－

Zn(OH)42－ ? ZnO + H2O + 2OH－ Zn + 2OH－ ? ZnO + H2O + 2e－ 电池总反应： MZn + 1/2 O2 ? ZnO 1.1 正极（空气电极）

锌空气电池的正极是一种气体扩散电极，一种透气不透液、具有良好导电性和催化活性的薄膜。空气电极的制作方法主要有：冲压法、辊压法、丝网印刷法和喷射法等。

常见的空气电极薄膜一般由防水透气膜、集流网和催化膜三层压制而成。防水透气膜主要是按照一定比例把导电材料（碳黑或乙炔黑或它们的混合物）和造孔剂（硫酸钠、草酸铵、碳酸氢铵等）用分散剂乙醇混合均匀，再加入粘结剂（聚四氟乙烯）不断搅拌使之分散均匀，经凝聚后辊压而成；集流网可以是镍丝编织网、镍泊冲拉网、铜材编织网、铜材冲拉网或镀银铜网等；而催化膜主要是将催化剂（二氧化锰）、活性炭和硫酸钠用乙醇混合均匀后加入聚四氟乙烯乳液（加有少量亲水性纤维素）不断搅拌，待之分散均匀，经凝聚后辊压而成。常见的空气电极一般为集流网嵌入型，即按照防水透气膜、集流网和催化膜的顺序压制成型。 正极活性物质是来源于空气中的氧气。来自空气的氧气首先溶解在电解液中，然后扩散吸附到空气电极的催化膜上，在催化剂的催化作用下在“气、液、固”三相界面发生还原反应生成OH－。生成的OH－再扩散到锌负极与锌发生反应。 1.2 负极（锌电极）:

负极活性物质是金属锌或者锌合金（比如Zn与Ga、In、Pb、Bi、Sn等一种或多种元素的合金）的粉末或小颗粒。锌电极的制备方法主要有压成法、涂膏法、烧结法、电沉积法和化成法等。现在一般把锌粉或锌合金粉与适量凝胶剂（交联的羧甲基纤维素、交联的聚丙烯酸、聚丙烯酸的钾盐和钠盐等）混合均匀后，加入25％～35%带氧化锌的氢氧化钾电解液以及其它一些添加剂等调制成锌膏，然后把锌膏和阳极电流集流体粘结成负极。

1.3 隔膜

正极和负极之间必须放置一层绝缘的聚合物多孔隔膜以防止电池正负极发生短路。选用的隔膜材料可以是聚稀烃、聚酰胺（如尼龙）、碳氟型树脂、玻璃纸、过滤纸等中的一种材料或多种材料的复合物。 1.4 电解液:

锌空气电池中所用的电解液是氢氧化钠、氢氧化钾碱性溶液，一般采用的是饱和了ZnO的氢氧化钾的水溶液，溶液中含有减缓锌腐蚀的无机缓蚀剂或有机缓蚀剂。

2 锌空气电池的优缺点 2.1 优点

其它传统电池相比，锌空气电池具有以下优点： 2.1.1 电池容量大。

空气电极工作正常的话，锌空气电池的理论容量是由负极活性物质的量决定的。负极（锌

电极）位于电池内部，正极（空气电极）紧接电池外壳内侧，而且正极活性物质是来自空气中的氧气，所以空气电极占据电池的空间非常小，因此，在相同的体积和重量下，锌空气电池内可以装填更多的负极反应物质，从而与传统电池相比，它具有更高的容量（锌空气电池的制造成本与同型号碱性锌锰电池的大体相同，但容量却是同型号碱性锌锰电池的2.5倍以上,是普通干电池的5－7倍）。

2.1.2 比能量高。

锌空气电池理论质量比能量是1320Wh?kg-1，实际比能量已经达到220～300Wh?kg-1。 2.1.3 放电曲线平稳。 放电的时候，正极只是发生氧气的还原而空气电极本身不发生变化，负极则是锌被氧化而损耗。锌电极电压平稳，所以放电时电池电压变化小，在1.3V左右出现一个较长时间的放电平台。

2.1.4自放电少，储存寿命好。

在储存时电池的入气孔是密封的，空气电极与外界隔绝，只要阻隔空气进入锌空气电池即可使锌空气电池的电化学反应无法进行，从而电池容量损失小，容量年损失小于2%。

2.1.5生产成本低、价格低廉。 正极活性物质是空气中的氧气，无须花钱购买而且取之不尽。负极活性物质锌来源丰富、价格便宜。

2.1.6环保无污染。

锌空气电池摒弃了传统电池中的铅、汞、镉等有毒物质，解决了传统电池的污染问题。而且电池使用后的主要反应产物是氧化锌，可以方便的回收利用。

2.2 需要解决的问题7 `

锌空气电池虽然有许多优点，但由于其以下不足而制约了它的发展。 电池类型。 目前为止，已经商业化的锌空气电池主要有方型和纽扣型两种，而具有巨大市场需求量的圆柱型特别是小圆柱型的锌空气电池则由于其结构复杂，在国内外一直没有突破性发展，尚未得到大量生产化。

2.2.2 电池密封问题。

一直以来圆柱型锌空气电池没有得到广泛发展的主要原因之一是电池密封难的问题。锌空气电池放电时需要源源不断的来自空气中的氧气进入电池，所以电池不是完全密封的，电池外壳留有一个或多个空气孔，因此电池内部与外部是相通的。如果空气电极，特别是防水透气膜做的不好的话，电池就很容易发生爬碱漏液、电解液蒸发而干涸、或者由于吸潮而使电解液变稀，外界的CO2也会进入电池内部而使电解液碳酸盐化。这都会严重影响到锌空气电池的性能和质量。;

2.2.3 空气电极中的催化剂有待改进。

2.2.4 锌电极存在的一些问题。 锌电极发生腐蚀自放电。锌电极在碱性溶液中是热力学不稳定的，锌溶解自放电析放出氢气。另外由于锌电极含有杂质，而且锌电极表面往往是不均匀的，各点的电化学活性有较大差别，各区域因电位高低不同而形成无数的微电池，使锌在电池中发生腐蚀。

碱性锌空气电池容量大、比能量高、工作电压平稳，同时环保无污染、原材料易得、价格低廉，一直以来受到人们的高度关注，特别是近年来，再次引起了国内科研究机构和企业的关注。在当前社会电子电器设备逐步向小型化、小功率化发展，尤其是近年来便携式电子产品对高比能量化学电源的需求不断增强的情形下,开发锌空气电池更具有现实意义。被称为“面向21世纪绿色新能源”的锌空气电池符合电池工业的发展趋势和社会需要，其应用范围将会越来越广泛, 有望替代或部分替代现在广泛使用的碱性锌锰电池和普通锌锰干电

池，在电池产品中占有一席之地。

瑞士推出可充电锌氧电池能量三倍于锂电池

瑞士ReVolt公司新近推出了一种可充电式锌氧电池，蓄电量是锂电池的3倍，价格却只有它锂电池的一半。ReVolt该公司计划明年将这种电池小规模用于助听器，然后扩大至手机和电动自行车，最后有可能应用于电动汽车。

根据耶鲁大学网站消息，这项技术基于挪威挪威科技工业研究院（ SINTEF）的设计。普通电池用内含的内部反应物发电，而锌氧电池则使用活性炭吸附空气中的氧作为正极活性物质，以锌为负极，以依靠氯化铵或苛性碱溶液为电解质。与传统电池相比，锌氧电池不易爆炸，蓄电量也更大。

ReVolt公司称可充电锌氧电池克服了传统锌氧电池的一些严重缺陷，比如多次充几次电后电池就失效问题。

此外，该公司ReVolt还掌握了在电解过程中降低对电极的损耗的技术。公司CEO詹姆斯?麦克道加（James McDougal）说，锌氧电池这种电池可以反复充电100次以上。他希望在用于手机和电动自行车之前，充电次数可以达到300至500次

锌空电池电动车亮相法兰克福车展

法兰克福2009年9月27日

第６３届法兰克福国际车展９月１５日至２７日举行。在本届车展上，一款由华人团队研发的锌空电池电动汽车被广为关注。

所谓锌空发电，是利用金属锌作阳极，空气中的氧气作阴极，氢氧化钾作为电解液，在锌氧化过程中产生电能。这一技术的发现已经有一百多年的时间，但由于成本等问题过去主要应用于军事领域。

本届车展上由来自香港、台湾的华人团队ＡＰＥＴ开发的这款新车，经过长达数年的研究已经大大降低生产成本，并解决了发电稳定性、漏电、封装等一系列技术难题，样车的续航已经达到３００公里以上。在车展上该款新车受到媒体和同行的广泛关注，德国联邦经济部、德国汽车工业协会的多位专家到场与技术人员探讨。据介绍，该款新车还将参加美国的新能源汽车大赛。

与当前主流的锂电池汽车相比，锌空电池在重量、充电方便性等方面都有显著的优势。比如ＡＰＥＴ开发的这款新车锌空电池重量１８０公斤，能够产生４４千瓦时的电量，续航能力达到３５０公里。而如果要产生同样电量，锂电池的重量将达到３６０公斤。在单位电量的成本上，锌空电池更是只有锂电池的十分之一。

锂电池汽车还需要长达数小时的充电时间，为驾驶者带来了许多不便。而锌空电池汽车的另一个显著优势不需要充电，它并不是蓄电池，而是利用锌空直接发电。在电池用完后，只需要更换封装好的锌粉，几分钟内就可以完成，与当前加油一样方便。并且锌粉的销售可以通过现有的加油站、超市等渠道，省去了蓄电池电动车需要大规模建设“充电站”的门槛。

与其他蓄电池相比，锌空电池最大的特点是能量密度大、低成本、可回收、零污染。因此驾驶锌空电动车就像普通车一样便捷，不需要改变价值习惯。我国的锌矿蕴藏量居世界前列，发展锌空电池汽车具有广阔的前景。

在开发全新的锌空电动车的同时，ＡＰＥＴ团队还开发了新的锌回收技术。锌空电池放电完成后产生的氧化锌，将利用太阳能聚光，在高温中将氧化锌还原。其效率比太阳能面板提高数倍，更不会造成二次污染。

开发团队表示，在锌空电池的推广上，将以高移动、高耗能、高安全要求的交通载体如公交车、出租车、**用车等作为首要目标，逐步扩大到家用汽车。同时配套建立适当的回收系统网络，全面构建绿色能源永续循环利用系统。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ppst.html