鋅空電池的特性(優(yōu)缺點(diǎn))

鋅空電池的優(yōu)缺點(diǎn)制作：JQ指導(dǎo)：某某某日期：2016年5月21日

1.概念2.優(yōu)點(diǎn)3.存在的問(wèn)題（缺點(diǎn)）4.前景一、概念

鋅空氣電池（zincairbattery），用活性炭吸附空氣中的氧或純氧作為正極活性物質(zhì)，以鋅為負(fù)極，以氯化銨或苛性堿溶液為電解質(zhì)的一種原電池。又稱鋅氧電池。陽(yáng)極：Zn+2OH–→ZnO+H2O+2e–陰極：O2+2H2O+4e–→4OH–綜合：2Zn+O2→2ZnO通常這種反映產(chǎn)生的電壓是1.4伏，但放電電流和放電深度可引起電壓變化?？諝獗仨毮懿婚g斷地進(jìn)入到陰極，在陰極殼體上開(kāi)有小孔以便氧氣源源不斷地進(jìn)入才能使電池產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)?？傮w概括1、比能量高，約為275wh/kg，為鋅錳干電池的4-5倍。

2、體積小，重量輕（空氣電極的活性物質(zhì)不在電池內(nèi)部），容量大。

3、內(nèi)阻小，大電流放電和脈沖放電性相當(dāng)好。

4、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)。

5、使用溫度范圍廣，最佳工作溫度0～+50℃，能在-40～+60℃下工作。

6、工作電壓非常平穩(wěn)。

7、用安全，對(duì)生態(tài)環(huán)境污染少。二、優(yōu)點(diǎn)2.1電池容量大?？諝怆姌O工作正常的話，鋅空氣電池的理論容量是由負(fù)極活性物質(zhì)的量決定的。負(fù)極（鋅電極）位于電池內(nèi)部，正極（空氣電極）緊接電池外殼內(nèi)側(cè)，而且正極活性物質(zhì)是來(lái)自空氣中的氧氣，所以空氣電極占據(jù)電池的空間非常小，因此，在相同的體積和重量下，鋅空氣電池內(nèi)可以裝填更多的負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)，從而與傳統(tǒng)電池相比，它具有更高的容量（鋅空氣電池的制造成本與同型號(hào)堿性鋅錳電池的大體相同，但容量卻是同型號(hào)堿性鋅錳電池的2.5倍以上,是普通干電池的5－7倍）。電容是什么？

電容（Capacitance）亦稱作“電容量”，是指在給定電位差下的電荷儲(chǔ)藏量，記為C，國(guó)際單位是法拉（F）。一般來(lái)說(shuō)，電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上，造成電荷的累積儲(chǔ)存，儲(chǔ)存的電荷量則稱為電容。電容是指容納電場(chǎng)的能力。任何靜電場(chǎng)都是由許多個(gè)電容組成，有靜電場(chǎng)就有電容，電容是用靜電場(chǎng)描述的。一般認(rèn)為：孤立導(dǎo)體與無(wú)窮遠(yuǎn)處構(gòu)成電容，導(dǎo)體接地等效于接到無(wú)窮遠(yuǎn)處，并與大地連接成整體。電容（或稱電容量）是表現(xiàn)電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。電容從物理學(xué)上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì)，可能電荷會(huì)永久存在，這是它的特征，它的用途較廣，它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、濾波、補(bǔ)償、充放電、儲(chǔ)能、隔直流等電路中。2.2比能量高。鋅空氣電池理論質(zhì)量比能量是1320Wh·kg-1，實(shí)際比能量已經(jīng)達(dá)到220～300Wh/kg。較鋰電池高出一倍。【比能量】參與電極反應(yīng)的單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小稱為該電池的比能量。指的是單位重量或單位體積的能量。例如：5號(hào)鎳鎘電池的額定電壓為1.2V，其容量為800mAh，則其能量為0.96Wh(1.2V×0.8Ah)。同樣尺寸的5號(hào)鋰－二氧化錳電池的額定電壓為3V，其容量為1200mAh，則其能量為3.6Wh。這兩種電池的體積是相同的，但是鋰－二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的3.75倍。二、優(yōu)點(diǎn)2.3放電曲線平穩(wěn)。放電的時(shí)候，正極只是發(fā)生氧氣的還原而空氣電極本身不發(fā)生變化，負(fù)極則是鋅被氧化而損耗。鋅電極電壓平穩(wěn)，所以放電時(shí)電池電壓變化小，在1.3V左右出現(xiàn)一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的放電平臺(tái)。2.4自放電少，儲(chǔ)存壽命好。在儲(chǔ)存時(shí)電池的入氣孔是密封的，空氣電極與外界隔絕，只要阻隔空氣進(jìn)入鋅空氣電池即可使鋅空氣電池的電化學(xué)反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，從而電池容量損失小，容量年損失小于2%。二、優(yōu)點(diǎn)2.1.5生產(chǎn)成本低、價(jià)格低廉。正極活性物質(zhì)是空氣中的氧氣，無(wú)須花錢購(gòu)買而且取之不盡。負(fù)極活性物質(zhì)鋅來(lái)源豐富、價(jià)格便宜。2.1.6環(huán)保無(wú)污染。鋅空氣電池摒棄了傳統(tǒng)電池中的鉛、汞、鎘等有毒物質(zhì)，解決了傳統(tǒng)電池的污染問(wèn)題。而且電池使用后的主要反應(yīng)產(chǎn)物是氧化鋅，可以方便的回收利用。二、優(yōu)點(diǎn)如此綠色、高效、安全、低價(jià)的鋅空氣電池，為何遲遲沒(méi)有在市場(chǎng)上露面呢?按理說(shuō)，早在100多年前就已出現(xiàn)的鋅空氣電池，即便是當(dāng)時(shí)技術(shù)不達(dá)標(biāo)，但只要研發(fā)能夠得以延續(xù)，應(yīng)該不會(huì)被后來(lái)的鉛酸電池、鎳鉻電池，亦或現(xiàn)在的鋰電池所取代。之所以出現(xiàn)如今鋰電池一統(tǒng)天下的局面，鋅空氣電池確實(shí)有著自己的硬傷。而這一致命缺陷就是不可充電，即鋅空氣電池屬于一次性電池。雖然也有企業(yè)研發(fā)過(guò)可充放的鋅電池，但極為有限的充放電次數(shù)，與其他電池相比，顯然滿足不了市場(chǎng)需求。不少業(yè)內(nèi)專家表示，如今人們提到的鋅空氣電池并不是真正意義上的充電電池，而是需要定期更換材料(鋅)才能維持運(yùn)行。就像傳統(tǒng)燃油車需要加油一樣，一旦不能提供原料鋅，就不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，儲(chǔ)能、放電也就無(wú)從談起。除了空氣和金屬鋅，鋅空氣電池還需要其他微量元素參與化學(xué)反應(yīng)，而這些微量元素的價(jià)格也都不低。因此雖然原料的價(jià)格是省下了，但從電池組投入應(yīng)用的整體產(chǎn)出來(lái)看，鋅空氣電池的性價(jià)比并沒(méi)有想象中的那么高。雖然在諸多種類的金屬空氣電池中，只有鋅空氣電池得到實(shí)用，但動(dòng)力技術(shù)上的瓶頸一直制約著其真正投入實(shí)際應(yīng)用，比功率是其中之一。實(shí)際上，“比功率”就是用來(lái)衡量一輛車瞬間爆發(fā)力的。據(jù)悉，鋅空氣電池的比功率很低，最高時(shí)速只能達(dá)到80公里，連完成加速和爬坡等動(dòng)作都比較吃力，更談不上規(guī)?；瘧?yīng)用于轎車上了。這也就是長(zhǎng)久以來(lái)，人們?yōu)楹沃粫?huì)在助聽(tīng)器等小型器件中看到鋅空氣電池身影的原因。三、具體問(wèn)題3.1電池對(duì)通風(fēng)的要求高。由于液體循環(huán)式鋅一空氣電池的電化學(xué)反應(yīng)離不開(kāi)空氣中的氧氣，只要阻止空氣進(jìn)人電池，則電化學(xué)反應(yīng)將無(wú)法進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室做放電特性時(shí)，供氧均勻、充分不易達(dá)到。在串聯(lián)電池組中，只要有一個(gè)電池性能不佳，將迅速導(dǎo)致整個(gè)電池組性能下降閉。3.2存在漏電現(xiàn)象。因?yàn)殡姵貨](méi)有密封，電解液不可避免地灑濺到殼體表面，從而產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。高濃度的電解質(zhì)（氫氧化鉀，具有強(qiáng)堿性，強(qiáng)腐蝕性），一旦發(fā)生滲漏，將腐蝕電池附近部件，而且這種腐蝕可能是不可修復(fù)的，致命的。而且電池上有孔，電池在激活使用后存放時(shí)間又很短，所以鋅空電池較易發(fā)生電池漏液。使用鋅空電池的場(chǎng)合要及時(shí)更換耗盡的電池，經(jīng)常檢查電池狀況，較長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)取出電池。3.3電解液流動(dòng)不均勻。

靠近管道進(jìn)、出口的電解液流動(dòng)快、更新快，所以質(zhì)量好;而遠(yuǎn)離管道的邊角地帶電解液流動(dòng)的速度很慢，導(dǎo)致質(zhì)量下降。三、具體問(wèn)題3.4電池內(nèi)阻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比靜止?fàn)顟B(tài)大在車輛運(yùn)行的振動(dòng)狀態(tài)下，鋅粒之間的接觸電阻以及鋅粒與電解液的接觸電阻處于變化之中，并經(jīng)常大于實(shí)驗(yàn)室靜止?fàn)顟B(tài)下的值。對(duì)于鋅板而言，其內(nèi)組可忽略不計(jì)，其參與反應(yīng)的面積基本恒定。但在鋅板改為鋅粒匣的情況下，鋅粒之間存在接觸電阻，此時(shí)的“鋅板”內(nèi)阻可等效為若干串電阻的并聯(lián)，其大小與鋅粒的幾何尺寸、形狀、表面光潔度等因素有關(guān)。比如在振動(dòng)下，若干鋅粒會(huì)處于非接觸狀態(tài)從而加大“鋅板”內(nèi)阻，并使得“鋅板”的有效反應(yīng)面積減小。由于鋅粒之間存在空隙，每個(gè)處于電解液中的鋅粒參與反應(yīng)的情況不同(比如反應(yīng)面積不同、電解液濃度不同等)，所以，其反應(yīng)質(zhì)量比鋅板要差。由于一組電池由若干個(gè)單體電池串聯(lián)而成，每個(gè)單體電池性能的不同也會(huì)導(dǎo)致電池的一致性變差。三、具體問(wèn)題3.5對(duì)供氣質(zhì)量要求高因?yàn)殇\一空氣電池需要空氣中的氧氣，所以，空氣質(zhì)量對(duì)電池的性能有影響。

3.6道路試驗(yàn)的時(shí)候電池指標(biāo)變差道路試驗(yàn)存在的問(wèn)題集中表現(xiàn)為：電池內(nèi)阻增大，一致性變差，端電壓下降，容量下降。電池特性的變差，直接導(dǎo)致車輛加速性能不好、車速低和續(xù)駛里程變短。三、問(wèn)題那么，是不是鋅空氣電池即便規(guī)?；懂a(chǎn)，也不會(huì)有太大用武之地呢?雖然目前新能源汽車主要的動(dòng)力源還是由鋰電池把控，但續(xù)航能力差、充電時(shí)間長(zhǎng)等缺陷，一直都是消費(fèi)者吐槽的焦點(diǎn)。新能源車充電要十幾甚至二十幾個(gè)小時(shí)，充滿電后跑不長(zhǎng)，無(wú)法讓用車者滿意。而鋰電池的缺陷，恰恰可以由鋅空氣電池來(lái)彌補(bǔ)。據(jù)悉，如今有相關(guān)部門在研發(fā)中，車輛能夠根據(jù)實(shí)際路況和車速，靈活采用不同的電池組合加以應(yīng)對(duì)。如果車輛以30至40公里每小時(shí)的速度行駛在路況較好的路面時(shí)，就使用鋅空氣電池;而碰到爬坡上坎的路面時(shí)，就切換到鋰電池提供電力。毫無(wú)疑問(wèn)，在如今政府新一輪新能源汽車優(yōu)惠政策的影響下，新能源車的普及也只是時(shí)間問(wèn)題。而與之應(yīng)用息息相關(guān)的電池行業(yè)，其發(fā)展也會(huì)隨之相應(yīng)提速。以鋰電池為代表的特斯拉，已開(kāi)始準(zhǔn)備以石墨烯為材料進(jìn)行供電研發(fā)。時(shí)下已走入正軌的鋅空氣電池，從突破技術(shù)瓶頸到規(guī)模化應(yīng)用也會(huì)在不久的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。四、發(fā)展前景堿性鋅空氣電池容量大、比能量高、工作電壓平穩(wěn)，同時(shí)環(huán)保無(wú)污染、原材料易得、價(jià)格低廉，一直以來(lái)受到人們的高度