1. 锌空气电池的工作原理
锌空气电池以锌（Zn）为正极、氧为负极、氢氧化钾（KOH）为电解质。锌空气电池地化学反应与普通碱性电池类似，其基本工作原理为电池正极上的锌与电解液中的OH－发生电化学反应(负极反应)，释放出电子。同时GDE（气体扩散电极或空气负极）反应层中的催化剂与电解液及经由扩散作用进入电池的空气中的氧气相接触，吸收电子，发生电化学反应(正极反应)。但锌空气电池充电过程进行得十分缓慢，通常锌空气电池正极的锌板或锌粒，在放电过程中，被氧化成氧化锌而失效后，一般采用直接更换锌板或锌粒和电解质的办法，使锌空气电池完全更新。
2. 锌空气电池的构造
在单体电池中以锌为正极，氧为负极，采用外氧式设计，在锌空气电池两侧有两块高功率、长寿命的空气电极。成品的锌空气电池由一组单体电池串联而成，车载锌空气动力电池组还包括空气流通保障系统和电池组热管理系统两个子系统，以确保动力电池组能够长期、稳定地运转。空气流通保障系统，调节进入锌空气电池负极地空气量，当不使用电池时，可以自动切断空气。热管理系统保证锌空气电池组能够可靠地工作。用更换锌空气电池中的锌板或锌粒和电解质的"机械式"充电模式，既方便又快捷，只需3min即可完成"充电"全过程。更换下来的氧化锌在专门的工厂进行回收处理，实现锌的再生循环。
3. 锌空气电池的基本特性
● 充电特性
锌空气电池的充电模式，打破了普通蓄电池的常规充电模式，采用机械式更换电池的锌板或锌粒的"充电"模式，整体更换锌空气电池的活性物质，将整个锌空气电池进行更换，电池不再需要花很长的时间来充电，更换一块20kWh的电池块只需要1分40秒。只要在公路沿线设置锌板或锌粒匣以及电解质器匣的机械式整体更换站，其效果如同现在内燃机汽车的加油站，直接"充电"，可以为用户提供很大的方便。
● 放电特性
锌空气电池具有大电流持续放电的能力，能够满足EV快速加速和连续爬坡的要求。
● 自放电率
锌空气电池的电化学反应过程中，要与空气中氧气发生作用，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，可以使锌长时期保持其活性。实际使用时锌空气电池的自放电率很低，接近于零，具有长期保持电能的能力。
4. 锌空气电池的特点
● 比能量大
锌空气电池的理论比能量可达1350Wh/kg，目前的锌空气电池的实际比能量只达到180～230Wh/kg，仍然是铅酸电池的4.35~5.5倍。能量密度达230Wh/L，也是铅酸电池的2～3倍。采用锌空气电池后，电动车辆能够明显地提高车辆地续驶里程。
● 性能稳定
成组的锌空气电池具有良好的一致性，没有其他类型电池的充电和放电的不均匀现象。允许深度放电，电池的容量不受放电强度和温度的影响。能在－20～80℃的温度范围内正常工作。锌空气电池可以完全实现密封免维护，便于电池组能量的管理。
● 安全性好
锌空气电池能够有效地防止因泄漏、短路引起的起火或爆炸。锌没有腐蚀作用，可以完全实现密封免维护，对人体不会造成伤害和危险。
● 锌可以回收利用、制造成本低
锌的来源丰富，生产成本较低。回收再生方便，回收再生成本也较低，可以建立废电池回收再生工厂。锌在循环使用过程中，不会污染环境。
5. 世界各国锌空气电池开发情况
● 以色列电燃料（Electric Fuel）有限公司开发的锌空气电池，装在载重1000kg、总重3500kg 的电动邮政车上，实验结果为：比能量达到207Wh/kg，350kg的锌空气电池使电动邮政车行驶了300km，最高车速可达120km/h，由静止加速到80km/h为12s，该车具有良好的动力性能。更换锌粒匣和灌满电解质的时间为2min。以色列设有每小时能处理10kg锌的再生处理厂，可以供给10～15辆电动邮政车更换锌粒匣服务。
● 美国Dreisback Electromotive公司开发的锌空气电池，已在公共汽车和总重9t的货车上使用，公共汽车可连续行驶10h左右，货车最大续驶里程达113km。
● 德国奔驰汽车公司的MB410型电动厢式车，标准总质量为4000kg，采用150kWh的锌空气电池，从法国的Chambery城越过阿尔卑斯山，连续爬坡150km，山的最高处2083 m，公路全程244km，到达意大利的都灵，仅消耗了65％的电量（97.5kWh）。该车从德国的不莱梅到波恩，最高车速达到120 km/h，一次充电后走完全程425km的路程。
● 瑞典斯德哥尔摩市德电动货车、电动客车和电动服务车辆上，采用的锌空气电池比能量为180Wh/kg，比功率为100Wh/L，续驶里程350～425km之间。该市的锌空气电池废料回收处理能力为250kg/h，可为150辆EV提供再生的锌粒
用随处可取的空气作为日用电池的重要原料从而挑战传统电池，成为较为理想的更新换代产品》根据国家计委最近的一项批复，圆柱形“锌空气电池”将由广东省惠州市德赛集团承担完成，这是２００１年度广东省国家高技术产业化示范工程项目。
现在通用的干电池，能量低且污染环境。“锌空气电池”则无害而价低，其中锌是“负极”活性物质，氧为“正极”活性物质，因此无须传统电池中铅、汞、镉、镍等化学元素。这就降低了成本，也解决了污染问题。
由于空气中的氧气随时可取，又不占用电池空间，因此在相同体积、重量之下，这种全新的锌空气电池可以储存更多的反应原料，与传统电池相比，它的能量更高、成本更低（价格不高于先行电池）、使用期可以更长。
以７号电池为例，锌空气电池的容量是同型号碱性电池的２．５倍，而重量却是碱性电池的２／３，在通常使用情况下，若用于呼机，可用７０天以上；若是手机电池，待机时间
可超过４５天。
作为面向２１世纪的新型能源，锌空气电池具有容量大、能量高、工作电压平稳、使用寿命长、原材料丰富、价格合理等强大的竞争优势，对中国这样的全球最大电池生产国实在具有极其重要的意义。
据了解，承担该项目的“德赛集团”已有十几年与全球著名公司合资合作开发生产国际名牌电池的历史，年生产各类电池已达１０亿只。锌空气电池是该集团所属“德赛能源科技有限公司”自身研发和与国内外著名机构、高等院校成功合作的产物，其产业化的一系列技术问题已基本解决。
据国家计委的批复计划，该项目总投资近１亿元，建成达产后，将具备年产５号和７号锌空气电池总计６０００万只的生产能力。因此完全有可能让广大消费者都能普遍使用
锌空气电池的结构和工作原理 2011-07-16 19:42:34| 分类：电化学 | 标签： |字号大中小订阅 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： Zn + 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。
锌空气蓄电池锌空气电池又称锌氧电池，是金属空气电池的一种。锌空气电池比能理论值是1350W·h/kg，现在的比能量已达到了230Wh/kg，几乎是铅酸电池的8倍。可见锌空气电池的发展空间非常大。锌空气电池只能采取抽换锌电极的办法进行“机械式充电”。更换电极的时间在3min即可完成。换上新的锌电极，“充电”时间极短，非常方便。如此种电池得到发展，省去了充电站等社会保障设施的兴建。锌电极可在超市、电池经营点、汽配商店等购买，对普及此电池电动车十分有利。这种电池具有体积小，电荷容量大，质量小，能在宽广的温度范围内正常工作，且无腐蚀，工作安全可靠，成本低廉等优点。现在试验电池的电荷容量仅是铅酸电池的5倍，不甚理想。但5倍于铅酸电池的电荷量已引起了世人的关注，美国、墨西哥，新加坡及一些欧洲国家都已在邮政车、公共汽车、摩托车上进行试用，也是一极有前途的电动车用电池。前不久，有报道称中航国际公司与北京长力公司在京签约合作开展锌空气电池产业化项目，北京锌空气电池研究中心也一并揭牌。两家公司将共同投资5 亿元，预计在3年时间内实现锌空气电池的产业化。 有报道称，锌空气电池将会成为21世纪理想动力源，大有代替锂电池一举称霸电池市 场的态势。 锌空气电池看似“要火”，而在这热火朝天大张旗鼓的干劲背后也有不同的声音。有关业内人士认为，锌空气电池的产业化生产只不过是众多炒作概念中的一个，现实推广难度非常之大。 锌空气电池也在炒概念？ 比起大众熟悉的铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池等产品，锌空气电池似乎不太为人们所知。据中国电池协会副理事长、技术委员会主任王金良介绍，锌空气电池亦称锌氧电池，是金属空气电池的一种。它是以活性物质锌作为正极，以空气中的氧作为负极的电池。在原理上等同于锌这个固体燃料在燃烧，从此意义上理解也可称其为燃料电池。负极活性物质氧直接来源于空气，不受电池体积大小的影响，电池的体积只取决于正极材料的大小。空气是无形的，不能直接构成电板，需利用多孔的石墨作为负极。空气中的氧要溶解到电解液中，随后为石墨吸附。正极锌与吸附的氧产生电化学反应，产生电流。锌不间断进行氧化，不间断释放出电流。只要有锌和空气，就能进行锌氧化“燃烧”。 据有关专家介绍，从理论上讲，石墨电极不损耗，只参与工作，因此可不必更换。锌要随所提供电能的增加而减少，直至耗尽。此时就要换装新的锌电极。从正电板看，锌空气电池是一个完整的电池，而对于负极来说，其充其量只是个能量转换器，但锌空气电池确确实实是二次电池。 专家认为，现在试验电池的电荷容量仅是铅酸电池的5倍，不甚理想。但仅仅如此也已 引起了世人的关注，而且由于正极反应活性材料氧是来源于电池本体之外的空气，取之不尽，用之不竭。因此，只要有充分的负极材料锌和电解液的存在，理论上说空气正极就可以不断地工作下去，锌空气电池的这一特点，显示了它的高比能量的优势，长期以来引起人们极大兴趣。美国、墨西哥、新加坡及一些欧洲国家都已在邮政车、公共汽车、摩托车上进行试用。 据了解，锌空气电池的发明已经有上百年的历史，以其能量大、容量大、能量高、工作电压平稳、使用寿命长、性能稳定、无毒无害、安全可靠、没有爆炸隐患、资源丰富、成本
锌空气动力电池生产项目 立项申请报告 一、项目提出的理由 综合判断，我国发展仍处于可以大有作为的重要战略机遇期，也面临 诸多矛盾叠加、风险隐患增多的严峻挑战。必须准确把握战略机遇期内涵 和条件的深刻变化，增强忧患意识、责任意识，强化底线思维，尊重规律 与国情，积极适应把握引领新常态，坚持中国特色社会主义政治经济学的 重要原则，坚持解放和发展社会生产力、坚持社会主义市场经济改革方向、坚持调动各方面积极性，坚定信心，迎难而上，继续集中力量办好自己的 事情，着力在优化结构、增强动力、化解矛盾、补齐短板上取得突破，切 实转变发展方式，提高发展质量和效益，努力跨越“中等收入陷阱”，不 断开拓发展新境界。 二、项目概况 （一）项目名称 锌空气动力电池生产项目 （二）项目单位 1、项目建设单位：xxx有限责任公司 2、规划咨询机构：泓域咨询机构 （三）项目选址
xxx高新技术产业开发区 湖北省，简称鄂，中华人民共和国省级行政区，省会武汉。地处中国 中部地区，东邻安徽，西连重庆，西北与陕西接壤，南接江西、湖南，北 与河南毗邻，介于北纬29°01′53″—33°6′47″、东经 108°21′42″—116°07′50″之间，东西长约740千米，南北宽约470 千米，总面积18.59万平方千米，占中国总面积的1.94%。最东端是黄梅县，最西端是利川市，最南端是来凤县，最北端是郧西县。湖北省地势大致为东、西、北三面环山，中间低平，略呈向南敞开的不完整盆地。在全省总 面积中，山地占56%，丘陵占24%，平原湖区占20%，属长江水系。湖北省 地处亚热带，全省除高山地区属高山气候外，大部分地区属亚热带季风性 湿润气候。截至2019年末，湖北省共辖12个地级市、1个自治州、4个省 直辖县级行政单位，共有25个县级市、36个县、2个自治县、1个林区， 常住人口5927万人。实现地区生产总值（GD）45828.31亿元，其中，第一产业完成增加值3809.09亿元，第二产业完成增加值19098.62亿元，第三 产业完成增加值22920.60亿元。 节约土地资源，充分利用空闲地、非耕地或荒地，尽可能不占良田或 少占耕地；应充分利用天然地形，选择土地综合利用率高、征地费用少的 场址。 （四）项目用地规模 项目总用地面积22237.78平方米（折合约33.34亩）。
关于锌空电池的认识 1 开发锌空电池的意义 锌空气电池以锌为负极活性物质，空气中的氧气为正极活性物质。由于空气中的氧气随时可取，又不占用电池空间，因此在相同体积、相同重量下，这种全新的锌空气电池可以储存更多的反应原料，与传统的电池相比，其比能量更高（理论比能量达1350Wh/ kg )，成本更低。锌空电池具有容量大、比能量高、成本低、放电性能稳定、安全、零污染、大功率及材料可再生等特点，已成为当今世界能源领域的开发热点，是一种具有巨大市场前景的化学电源。它使用空气作为阴极活性物质极大地提高了电池的输出容量和放电性能，并继承了能源电池技术中最优秀的技术，使现在己商品化的电池所存在的放电容量、充电效率、放电性能等均得以突破性进展，锌空气电池是一种前景极其广阔的新型能源，其性能及技术参数已达世界先进水平，为新能源的开发利用做出了有益的探索。“锌一空电池”的普及推广和使用必将把世界能源行业推向新的革命。 2 锌空电池概述 2.1 工作原理 锌空气电池以空气(氧)电极作正极,锌电极作负极组成，电池放电反应为： - 2OH- (1) 正极：O2 + H2O +2e - (2) 负极： Zn + 2OH-ZnO +H2O +2e 电池反应：Zn + O2 ZnO (3) 根据反应式可知锌/空气电池的电动势为： = - + ln(4) 式中为氧电极标准电极电位,其值0140V。为锌电极标准电极电位,其值 -1.245V。在常温常压下,空气中分压约为大气压力的20%,代入(4)式,锌空气电池电动势为1.636V = 1.646 + ln0.2 = 1.636 V 实际测量电池开路电压在1.40～1.45 V之间,主要原因是氧电极反应很难达到标准状态下的热力学平衡。
锌—空气电池 ●扣式锌空气电池市场：1990 世界101百万只 日本8—5百万 用量统计：助听器94% BB机4% 其它用2% 日本市场：助听器59% BB机41% ●752厂Zn—Air电池工艺 1 .C电极材料：青岛东风化工厂104型。 工艺：1）过120目 C ：AB=5 ：1混合 2）活化：活化剂：AgNO3、Fe(NO3)3、Cu(NO3)2.3H2O、NH4NO3.9H2O Fe(NO3)3根据所需电压决定用量。 3）烘干：在1000C经常搅动1—2H，降温至80—900C，烘干为止。 4）热分解：用玻璃布包好放入铁盒内，周围用C粉保护，逐渐升温到3800C（约3H），在3800C下保温2H，自然冷却至常温。 5）热化：低压聚乙烯（分子量148000—183300）+C粉+航空煤油，加热1300C，搅动至能拉糖丝 6）倒入瓷盘，快速冷却至不烫手为止，用手搓碎后用尼龙布包住，冷压，把煤油挤掉。 7）粉碎，过60目。 8）热压：170—1800C保压2分。 9）同样压力，冷压1.5分后脱摸,用铁板压住. 10) 用苯或甲苯浸泡4—5H. 11) 抽风至无苯味,再在低于800C下烘干,烘箱不关严. 2锌电极工艺;锌粉: 上海硫酸厂工业用锌粉. 制备工艺: 1) 汞齐化:在瓷缸中H2O+HgCl2(4%Hg计),溶解,加锌粉搅匀. 2) 加二级HCl 2Kg+H2O,液面高出锌粉快速搅匀,浸泡一晚. 3) 用自来水洗,再用蒸溜水洗至无Cl—为止(用AgNO3检查). 4) 用乙醇洗。 5）用600C抽风干燥2.5H, 得含Zn 80—90% Hg 3% Fe 0.002以下 6) 过60目 7) 成型: 加3%纤维素粉(上海出),再加3%CMC(IH8)混合搅匀,再过60目.每片锌极重31.6g, 压力120Kg/cm2(摸具垫纸,便于脱摸). 3电液KOH d=1.3—1.4 4指标S c=50 ╳90mm2, Wc=11g, δ=1.8—2.2mm2 双电极放电至1.1V, 3A 放20AH. 5总装: 尼龙冲压壳,环氧胶粘结 ●清华实验室锌空气电池工艺
锌-空气电池的应用市场前景分析 1.电动汽车发展的现状及前景 以石油产品为燃料的汽车是最主要的现代交通运输工具，它给人们带来方便和快捷的同时，也带来了无法回避的环境问题。根据上个世纪七八十年代美国、日本对城市空气污染源的调查，城市空气中90%以上的一氧化碳，60%以上的碳氢化合物和30%以上的氮氧化物来自汽车排放出的气体。这些污浊的气体使人类的生存环境受到极大威胁。随着保护环境、节约能源的呼声日益高涨，新一代电动车作为无污染、能源可多样化配置的新型交通工具，引起了人们的普遍关注并得到了极大的发展。电动车具有电力驱动、行驶无排放(或低排放)、噪声低、能量转化效率高等特点。 早在20世纪初期，在欧洲和美国的轿车驱动系统上，曾使用过电力驱动系统，当时的电动车以取代了昔日的马车和自行车成为主要交通工具。由于电池等关键技术的困扰，以及燃油车的发展，100年来电动汽车的开发一直受到限制。 在美国，已有几个州要求汽车制造上发展和销售零排放汽车(ZEVs)。加利福尼亚航空资源委员会(CARB)和7个主要汽车制造商(克莱斯勒、福特、通用、本田、马自达、尼桑和丰田)在1996年签订协议，要求在这个州销售新的汽车和轻型卡车中必须有2%为零排放，到2003年应有10%为零排放。日本国际贸易与工业厅(MIZI)在东京发起一个大的工程—锂离子电池贮能及技术联合会(LIBES)，发展电动车用二次电池。日本电动车协会于1991年10月制定了2000年电动汽车普及计划，到2000年日本电动汽车达到20万辆，为1991年的200倍。 我国也在国家“八五”、“九五”计划中安排了电动车辆的研究开发项目，并提出了国家“清洁车辆行动计划”，开发和使用电力驱动汽车。 电动汽车与传统燃油汽车(又称内燃机汽车)相比，有其自身的许多优点。 1．无污染，噪声低 电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气洁净是十分有益的。众所周知，内燃机汽车废气中的CO、HC及NO x、微粒等污染物是形成酸雨、酸雾及光化学烟雾的主要原因。 电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。但是，使用电动汽车并非绝对无污染，例如使用铅酸蓄电池做动力源，制造、使用中要接触到铅，充电时产生酸气，会造成一定的污染。蓄电池充电所用的电力，在用煤炭作燃料时会产生CO、SO2、粉尘等。但它的污染较内燃机排放的废气要轻得多。 2．能源效率高，多样化 电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高等环境下，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，以实现制动减速时能量的再利用。另一方面，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。 3．结构简单，使用维修方便 电动汽车利用电动机的无极调速特性，可以取代传统汽车的变速器。电动汽车采用轮毂电机驱动，完全取消了传统汽车的机械传动系统。在电动汽车上实现汽车制动能量回收的反馈制动，改变了传统汽车将全部制动能量转化为热能而消耗的状况，并且提高了电动汽车制动的安全性和可靠性。
目前,以燃料电池作为替代能源,正在成为汽车业界开发未来零污染汽车的主要技术方向。就在此时,一种既古老又年轻的锌空气燃料电池技术由于取得了突破性进展而异军突起,并悄然在美国开花,在上海结果。 美国博信(Pow-erzic电池公司日前在上海建立了研发中心及生产工厂,第一代商品化的锌空气动力燃料电池已经通过了上海市环保产品质量监督检验总站的检测,开始上市试销。 锌空气燃料电池的原理早在100多年前就已被发现,它的能量值比铅酸电池高出5~7倍。该项技术近50年来在国内也曾有过多层面的研发,但均未在产品化上取得实质性的突破。博信公司历时7年,耗资数千万美元,一举攻克了以往研发过程中所遇到的功率低、不稳定、不可靠等难题。据介绍,博信是目前世界上惟一一家能把锌空气动力燃料电池技术推进到最接近产品化的公司,已得到美国府的高度认可和支持,其技术已在美国申请了专利,并申请了包括中国在内的世界上126个国家的专利及优先权。 由于锌空气燃料电池具有安全、零污染、高能量、大功率、低成本及材料可再生等优点,因而被专家们认为是装备电动汽车等的理想动力电源。如果能普及使用锌空气燃料电池的话,可大大减少空气和噪声污染。因此,由美国能源部和中国科技部授权成立的“美中能源环境技术交流中心”已经把锌空气动力燃料电池作为向中国推荐的重点合作项目。 我国是锌储量居世界第一的国家,在氢氧燃料电池车的商业化面临价格昂贵、投资巨大、技术瓶颈一时难以逾越的时候,锌空气燃料电池的诞生,也许可为环保汽车的普及提供一条捷径。现在,由锌空气燃料电池驱动的电动自行车已经走上了上海街头,这款锌空气燃料电池车最大的特点是续驶里程长,可以达到200公里以上;另一个独特之处是它采用换电池来代替传统电动车充电的方式,每次换电池大约3分钟.
1. 锌空气电池的工作原理 锌空气电池以锌（Zn）为正极、氧为负极、氢氧化钾（KOH）为电解质。锌空气电池地化学反应与普通碱性电池类似，其基本工作原理为电池正极上的锌与电解液中的OH－发生电化学反应(负极反应)，释放出电子。同时GDE（气体扩散电极或空气负极）反应层中的催化剂与电解液及经由扩散作用进入电池的空气中的氧气相接触，吸收电子，发生电化学反应(正极反应)。但锌空气电池充电过程进行得十分缓慢，通常锌空气电池正极的锌板或锌粒，在放电过程中，被氧化成氧化锌而失效后，一般采用直接更换锌板或锌粒和电解质的办法，使锌空气电池完全更新。 2. 锌空气电池的构造 在单体电池中以锌为正极，氧为负极，采用外氧式设计，在锌空气电池两侧有两块高功率、长寿命的空气电极。成品的锌空气电池由一组单体电池串联而成，车载锌空气动力电池组还包括空气流通保障系统和电池组热管理系统两个子系统，以确保动力电池组能够长期、稳定地运转。空气流通保障系统，调节进入锌空气电池负极地空气量，当不使用电池时，可以自动切断空气。热管理系统保证锌空气电池组能够可靠地工作。用更换锌空气电池中的锌板或锌粒和电解质的"机械式"充电模式，既方便又快捷，只需3min即可完成"充电"全过程。更换下来的氧化锌在专门的工厂进行回收处理，实现锌的再生循环。 3. 锌空气电池的基本特性 ● 充电特性 锌空气电池的充电模式，打破了普通蓄电池的常规充电模式，采用机械式更换电池的锌板或锌粒的"充电"模式，整体更换锌空气电池的活性物质，将整个锌空气电池进行更换，电池不再需要花很长的时间来充电，更换一块20kWh的电池块只需要1分40秒。只要在公路沿线设置锌板或锌粒匣以及电解质器匣的机械式整体更换站，其效果如同现在内燃机汽车的加油站，直接"充电"，可以为用户提供很大的方便。 ● 放电特性 锌空气电池具有大电流持续放电的能力，能够满足EV快速加速和连续爬坡的要求。 ● 自放电率 锌空气电池的电化学反应过程中，要与空气中氧气发生作用，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，可以使锌长时期保持其活性。实际使用时锌空气电池的自放电率很低，接近于零，具有长期保持电能的能力。 4. 锌空气电池的特点
纯电动汽车用锌空气动力电池技术方案 一、目的：将锌空气动力电池用于小型和微型汽车，作为动力电源和车载电源，取代燃油汽车的发动机、发电机、铅酸电池、变速器、冷却系统、排气系统和油箱等。 二、意义：（1）完全取代汽车发动机，无需燃油，节能减排，正真做到城市交通的“零污染”和“零排放”；（2）取代发电机、变速器、冷却系统、排气系统和油箱大大降低制造成本；（3）取代铅酸电池，减少铅污染，具有重要的环保意义。 三、技术方案 动力电源和车载电源完全用锌空气动力电池 第一部分为汽车动力电源，平均功率为20KW； 设计单电池为1V、20A、20W、100Ah，重量为0.5kg； 电池组为500V，100Ah，额定电流20A，两组并联； 单片电池持续放电时的平均功率为20W； 功率为20KW的电池组需要1000片； 总重量为：0.5kg*1000片＝500kg。 如以5KW功率连续运行时间为200Ah*500V/5KW＝20小时；如以10KW功率连续运行时间为200Ah*500V/10KW＝10小时；如以20KW功率连续运行时间为200Ah*500V/20KW＝5小时。第二部分为车载电源
设计电池输出功率大约为3KW，供启动、仪表、转向灯、小灯、大灯、音响、空调设备等的使用，又分三个模块。 第一模块为启动，仪表，转向灯、音响等电源，功率120W，设计12V、100Ah，额定工作电流10A，重量3 kg，体积3L； 第二模块为小灯、大灯等电源，同时作为第一模块的备用电源，功率360W，设计12V、300Ah，额定工作电流30A，重量9 kg，体积9L； 第三模块为冷暖空调或冷热风机等电源，同时作为第一模块和第二模块的备用电源，功率2.5KW，设计250V、100Ah，额定工作电流10A，重量62.5 kg，体积62.5L； 合计：3KW，150片，75kg。 总计：20KW＋3KW＝23KW，1150片，575kg。 车载电源技术方案中的第一模块12V、100Ah，可以提供1.2度电的能量。该模块体积小，更换方便。根据用户使用情况，更换周期大约在三到四个动力电源更换周期。也可备用一块，放电完毕后自行更换；第二模块情况较复杂，夜间行驶时间是决定因素，可提供3.6度电的能量；第三个模块可提供25度电的能量，这部分可以让用户根据季节选用。 四、实施方案 1、针对铅酸电池纯电动汽车或锂电池纯电动汽车进行改造，拆除原电池系统，更换为锌空气动力电池系统； 2、设计新款小功率车，使汽车动力得到更加明显的改善；
锌空气电池原理及应用 锌空气电池锌空气电池（zinc air battery），用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池。又称锌氧电池。分为中性和碱性两个体系的锌空气电池，分别用字母A和P表示，其后再用数字表示电池的型号。 锌空气电池的充电过程进行得十分缓慢，为解决这一问题，通常锌空气电池的负极锌板或锌粒，被氧化成氧化锌而失效后，一般采用直接更换锌板或锌粒和电解质的方法，使锌空气电池得到完全更新。放电时正、负极和总反应的化学方程式为：2Zn+O2+2H2O=2Zn（OH）2 锌空气电池原理及应用于取得了突破性进展而异军突起，并悄然在美国开花，在上海结果。美国博信（Pow-erzic电池公司日前在上海建立了研发中心及生产工厂，第一代商品化的锌空气动力燃料电池已经通过了上海市环保产品质量监督检验总站的检测，开始上市试销。 锌空气燃料电池的原理早在100多年前就已被发现，它的能量值比铅酸电池高出5~7倍。该项技术近50年来在国内也曾有过多层面的研发，但均未在产品化上取得实质性的突破。博信公司历时7年，耗资数千万美元，一举攻克了以往研发过程中所遇到的功率低、不稳定、不可靠等难题。据介绍，博信是目前世界上惟一一家能把锌空气动力燃料电池技术推进到最接近产品化的公司，已得到美国府的高度认可和支持，其技术已在美国申请了专利，并申请了包括中国在内的世界上126个国家的专利及优先权。 由于锌空气燃料电池具有安全、零污染、高能量、大功率、低成本及材料可再生等优点，因而被专家们认为是装备电动汽车等的理想动力电源。如果能普及使用锌空气燃料电池的话，可大大减少空气和噪声污染。因此，由美国能源部和中国科技部授权成立的美中能源环境技术交流中心已经把锌空气动力燃料电池作为向中国推荐的重点合作项目。 我国是锌储量居世界第一的国家，在氢氧燃料电池车的商业化面价格昂贵、投资巨大、技
For personal use only in study and research; not for commercial use 锌-空气电池的化学反应原理 锌-空气电池剖面图 锌空气电池是一类结构特殊的品种。负极采用了锌合金。而正极材料，则是空气中的氧。在储存时一般保持密封，所以基本上没有自放电。 成糊状的锌粉在阴极端和起催化作用的碳在阳极。电池壳体上的孔可让空气中的氧进入腔体附着在阳极的碳上。同时，阴极的锌被氧化，这与小型银氧或汞氧电池的化学反映类似。 阳极―― 是起催化作用的碳从空气中吸收氧。 阴极――是锌粉和电解液的混合物，成糊状。 电解液―― 高浓度的氢氧化钾水溶液。 隔离层――用于隔离两级间固体粉粒的移动。 绝缘和密封衬垫―― 尼龙材料。 电池外表面―― 镍金属外壳，具有良好的防腐性的导体。 阴极：Zn + 2OH–→ZnO + H2O + 2e– 阳极：O2 + 2H2O + 4e–→4OH– 综合：2Zn + O2– + 2e–→2ZnO 通常这种反映产生的电压是1.4伏，但放电电流和放电深度可引起电压变化。空气必须能不间断地进入到阳极，在正极壳体上开有小孔以便氧气源源不断地进入才能是电池产生化学反映。 锌空电池保存的关键在封条，除非电池准备立刻使用，否则不能取下电池正极封条。模拟试验表明，在室温条件下，存放一年后电量下降到95％，存放两年后电量下降到90％，存放四年后电量仍有85％。撕下封条后，电池被激活并开始工作，在室温环境并不接负载时，根据不同的电池大小规格，3到12周后电池电量下降50%，超过20周电量下降到0-10％。因此锌空电池适用于在很少几周内耗用完电池的场合。如果一旦锌空电池的封条被撕下，空气就进入内部激活电化学反应，此时即使再贴上封条，电化学反应也会继续下去直到电量耗尽。 由于锌空电池内部含有高浓度的电解质（氢氧化钾，具有强碱性，强腐蚀性），一旦发生渗漏，将腐蚀电池附近部件，而且这种腐蚀可能是不可修复的，致命的。而且电池上有孔，电池在激活使用后存放时间又很短，所以锌空电池较易发生电池漏液。使用锌空电池的场合要及时更换耗尽的电池，经常检查电池状况，较长时间不用时取出电池。 它以金属锌为电池负极；以吸附的空气中的氧为电池的正极；以氢氧化钾水溶液为电解质。空气电极的制作采用了以发泡镍为基体的涂粉( 浆)技术；锌电极的制作则是添加粘结剂的糊膏技术。 其技术包括空气电极的制作与配方；锌电极的制作与配方；简单有效的密封技术；工业化生产所使用的生产设备与装备，其中包括用于制造每分钟50只AR-20型锌空电池生产线的全套单机制造及用于制作平板型锌空电池的单机。本电池的用途为： 1、圆筒型电池用于取代目前的锌锰电池； 2、平板型电池用于车辆等动力电源及移动型电源。
锌空气电池的类型及构成 空气电池是化学电池的一种。构造原理与干电池相似，所不同的只是它的氧化剂取自空气中的氧。例如有一种空气电池，以锌为阳极，以氢氧化钠为电解液，而阴极是多孔的活性炭，因此能吸附空气中的氧以代替一般干电池中的氧化剂（二氧化锰）。 根据电器调查空气电池可分为：锌空气电池、锂空气电池、铝空气电池。 今天电器先带大家来认识一下锌空气电池，在后续的报道中电器会继续带 来对锂空气电池、铝空气电池的报道。 锌空气电池： 锌空气电池用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池。又称锌氧电池。分为中性和碱性两个体系的锌空气电池，分别用字母A和P表示，其后再用数字表示电池的型号。 锌空气电池的构成： 糊状的锌粉在阳极端，起催化作用的碳在阴极。电池壳体上的孔可让空气中的氧进入腔体附着在阴极的碳上。同时，阳极的锌被氧化，这与小型银氧或汞氧电池的化学反应类似。 阴极——是起催化作用的碳从空气中吸收氧。 阳极——是锌粉和电解液的混合物，成糊状。 电解液——高浓度的氢氧化钾水溶液。 隔离层——用于隔离两级间固体粉粒的移动。 绝缘和密封衬垫——尼龙材料。 电池外表面——镍金属外壳，具有良好的防腐性的导体 锌空气电池化学方程式： 阳极：Zn + 2OH–→ZnO + H2O + 2e– 阴极：O2 + 2H2O + 4e–→4OH– 综合：2Zn + O2→2ZnO 通常这种反映产生的电压是1.4伏，但放电电流和放电深度可引起电压变化。空气必须能不间断地进入到阴极，在阴极壳体上开有小孔以便氧气源源不断地进入才能使电池产生化学反应。 锌空气电池类型： 锌空气电池主要有4种类型： ①中性锌空气电池:结构与锌锰圆筒形电池的类同，也采用氯化铵与氯化锌为电解质，只是在炭包中以活性炭代替了二氧化锰，并在盖上或周围留有通气孔，在使用时打开。 ②纽扣式锌空气电池：结构与锌银扣式电池基本相同，但在正极外壳上留有小孔，使用时可打开。 ③低功率大荷电量的锌空气湿电池：将烧结或粘接式活性炭电极和板状锌电极组合成电极组浸入盛有氢氧化钠溶液的容器中。 ④高功率锌空气电池：一般是将薄片状粘结式活性炭电极装在电池外壁上，将锌粉电极装在电池中间，两者之间用吸液的隔膜隔离，上口装有注液塞。使用
2019年9月 第43卷第5期安徽大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fA n h u i U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n )S e p t e m b e r 2019V o l .43N o .5 d o i :10.3969/j .i s s n .1000-2162.2019.05.001收稿日期:2019-05-27基金项目:国家自然科学基金资助项目(11374013,51672001);安徽省杰出青年基金资助项目(1808085J 10);安徽省对外科技合作基金资助项目(1704e 1002209)作者简介:吴明在(1979-),男,安徽颍上人,安徽大学教授,博士生导师,博士,E -m a i l :w u m z @a h u .e d u .c n .锌空气电池中电催化剂与电池结构设计研究进展 吴明在,吴玉东,曹志钱,蒋童童,胡海波 (安徽大学物理与材料科学学院,安徽合肥230601 )摘 要:锌空气电池(Z A B s )的理论能量密度高达1086W h 四k g -1,具有原料丰富二环境友好二成本低及安全性高等优点.该文介绍锌空气电池的基本原理二关键问题二研究进展及面临的挑战,围绕锌空气电池的组成部 分详细讨论,主要内容包括空气阴极双功能电催化剂和电池结构设计.最后,以锌空气电池的应用为目标,展望其未来的应用前景.关键词:锌空气电池;氧还原反应;氧析出反应;电催化剂;电池结构 中图分类号:T Q 15 文献标志码:A 文章编号:1000-2162(2019)05-0001-10 P r o g r e s s o n t h e d e s i g n o f e l e c t r o c a t a l y s t s a n d b a t t e r y c o n f i g u r a t i o n f o r r e c h a r g e a b l e Z n -a i r b a t t e r i e s WU M i n g z a i ,WU Y u d o n g ,C A OZ h i q i a n ,J I A N GT o n g t o n g ,H U H a i b o (S c h o o l o f P h y s i c s a n dM a t e r i a l S c i e n c e ,A n h u i U n i v e r s i t y ,H e f e i 230601,C h i n a )A b s t r a c t :Z n -a i r b a t t e r i e s (Z A B s )h a v e a t h e o r e t i c a l e n e r g y d e n s i t y o f u p t o 1086W h 四k g -1,t h e a d v a n t a g e s o f a b u n d a n t r a w m a t e r i a l s ,f r i e n d l y e n v i r o n m e n t ,l o wc o s t a n dh i g h s a f e t y .T h e b a s i c p r i n c i p l e ,k e yp r o b l e m s ,r e s e a r c h p r o g r e s s a n d c h a l l e n g e s o f Z n -a i r b a t t e r y w e r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r .T h e c o m p o n e n t s o f t h e Z A B s w e r e d i s c u s s e d i n d e t a i l ,i n c l u d i n g t h e d e s i g n o f b i f u n c t i o n a l e l e c t r o c a t a l y s t o f t h e a i r e l e c t r o d e a n d t h e b a t t e r y s t r u c t u r e .F i n a l l y ,w i t h t h e a i mo f t h e a p p l i c a t i o n o f Z A B s ,w e a n a l y z e d t h e i r f u t u r e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s .K e y w o r d s :Z n -a i r b a t t e r i e s ;o x y g e n r e d u c t i o n r e a c t i o n ;o x y g e n e v o l u t i o n r e a c t i o n ;e l e c t r o c a t a l y s t ;b a t t e r y s t r u c t u r e 随着传统化石能源的不断减少和环境问题的日益严重,绿色二可持续能源的开发受到越来越多的关注.科研人员已研制出一系列能源存储和转换器件,如锂离子电池二超级电容器二燃料电池二金属空气电 池等[1-3],其中金属空气电池具有低成本二高环保二安全性好二资源丰富二能量密度高等优势,有望成为清洁二持续的能源[4-6].金属空气电池的阳极材料通常为锌(Z n )二锂(L i )二铝(A l )等,其中锌储量丰富二成本低.锌空气电池(Z A B s )有高达1086W h 四k g -1的理论能量密度,大约为目前锂离子电池的5倍[7-8],电池以空气中的氧气作为正极电化学反应物质,金属锌作为负极电化学反应物质[9-10].空气阴极催化剂可加快氧还原反应(O R R )和氧析出反应(O E R ),且在维持O H 与O 2的浓度平衡二 电池可逆性方面起重