锌空气电池与锂空气电池(课堂PPT)
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新能源材料-金属空气电池ppt课件
7.3 锌空气电池
7.3.3 基本特性
（1）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。
金属/空气电池由具有反应活性的负极和空气电极经电化 学反应偶合而成，它的正极反应物用之不尽。在某些情况 下，金属/空气电池具有很高的质量比能量和体积比能量。 这一体系的极限容量取决于负极的安时容量和反应产物的 贮存与处理技术。
已经研究和开发过的金属/空气电池有原电池、贮备电 池、可充电电池和机械再充式电池等。在机械充电电池设 计(即更换放完电的金属负极)中，电池在本质上相当于原电 池，它的空气电极为相对简单的“单功能”电极，只需要 在放电模式下工作。常规可充电金属/空气电池需要一个第 三电极(用来维持充电时放出氧气)或者一个“双功能”电极 (一个既可以还原氧又可以析氧的电极) 。
7.2 空气电极
7.2.2 外界环境的影响
（1）空气中的CO2的影响
在碱性环境中，二氧化碳会形成碱式碳酸盐而沉积在电 极的微孔结构中，故应使空气中的CO2始终维持在10010-6 以下。
（2）其他影响
锌电极中合金元素的特性和电解液都有可能影响空气电 极的性能和寿命。此外，活性物质中有害物质、隔膜的稳定 性与抗氧化性等因素对锌空气电池性能均有不同程度的影响 。
7.3 锌空气电池
7.3.2 结构
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。 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。
锌空气电池与锂空气电池
找比能量更高、更便宜的正极材料一直是锂电池发展的方向。
3.金属空气电池提供了很好的电化学性能,包括锌空气电池、镁空气电池、铁空 气电池、钙空气电池、锂空气电池等。在这些金属空气电池中,金属负极储存 能量,正极空气电极只是作为能量转换的工具,氧气来自空气中,取之不尽,这
样也就带来巨大的比能量,通常金属空气电池的理论比能量均在1000mAh.g-1
锌空气电池与锂空气电池
———从电池的工作原理与组成等方面介绍了锌空气 电池与锂空气电池的研究进展
报告人：赵啸宇，端木凡朋
精品课件
锌-空气电池
研究背景 ：锌-空气电池的开发过程分为四代 工作原理 ：基本的电极反应 电池结构 ：以纽扣电池为例介绍基本结构 工作特性 ：锌-空气电池工作时的特殊性质
步骤）
O2+H2O+2e→O2H-+OH-
O2H-→OH-+1∕2O2（ 速控
精品课件
简化电池截面图
金属氧化物纽扣电池
负极壳 绝缘垫圈 锌负极
隔膜 正极 正极壳
锌空气纽扣电池
精品课件
电池结构
正极
隔膜 催化层 金属网 疏水膜 扩散膜 空气分散膜
精品课件
电池结构
负极内部将会预留15%-20%的体积为负极自由体积 催化层组分为碳与锰的氧化物混合所形成的导电介质 正极通过添加很细的聚四氟乙烯微粒，增加疏水性 金属网构成结构支架，并且作为集流体 疏水膜保持空气和电解液之间的界面，能防止气体透过和防止
精品课件
研究背景
精品课件
第二代锌-空气电池——纽扣电池
体积小，从纽扣到硬币大小 上世纪七十年代曾被作为助听器商业化
精品课件
工作原理
锌-空气电池直接使用空气中的氧气参与产生电能的化学反应 负极：Zn→Zn2++2e
3.金属空气电池提供了很好的电化学性能,包括锌空气电池、镁空气电池、铁空 气电池、钙空气电池、锂空气电池等。在这些金属空气电池中,金属负极储存 能量,正极空气电极只是作为能量转换的工具,氧气来自空气中,取之不尽,这
样也就带来巨大的比能量,通常金属空气电池的理论比能量均在1000mAh.g-1
锌空气电池与锂空气电池
———从电池的工作原理与组成等方面介绍了锌空气 电池与锂空气电池的研究进展
报告人：赵啸宇，端木凡朋
精品课件
锌-空气电池
研究背景 ：锌-空气电池的开发过程分为四代 工作原理 ：基本的电极反应 电池结构 ：以纽扣电池为例介绍基本结构 工作特性 ：锌-空气电池工作时的特殊性质
步骤）
O2+H2O+2e→O2H-+OH-
O2H-→OH-+1∕2O2（ 速控
精品课件
简化电池截面图
金属氧化物纽扣电池
负极壳 绝缘垫圈 锌负极
隔膜 正极 正极壳
锌空气纽扣电池
精品课件
电池结构
正极
隔膜 催化层 金属网 疏水膜 扩散膜 空气分散膜
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电池结构
负极内部将会预留15%-20%的体积为负极自由体积 催化层组分为碳与锰的氧化物混合所形成的导电介质 正极通过添加很细的聚四氟乙烯微粒，增加疏水性 金属网构成结构支架，并且作为集流体 疏水膜保持空气和电解液之间的界面，能防止气体透过和防止
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研究背景
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第二代锌-空气电池——纽扣电池
体积小，从纽扣到硬币大小 上世纪七十年代曾被作为助听器商业化
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工作原理
锌-空气电池直接使用空气中的氧气参与产生电能的化学反应 负极：Zn→Zn2++2e
锌空电池PPT
O2H- →OH-+½O2 。
阳极工作原理
金属电极或阳极（Zn） 金属空气电池阳 极有多种，真正实用的商品电池是中性或碱 性锌空气电池。 锌在碱性溶液中产生氧化锌：
Zn+2OH̄ → ZnO+H2O+2ē
。④
在过量的碱中，形成可溶性的锌酸根离 子： → Zn+4OH ̄ → ZnO 2-+2H化当量较 高，价格较低，供应方便。
反应式及理论电压
阳极： Zn + 2OH̄→ ZnO + H2O + 2ē 阴极： O2 + 2H2O + 4ē→ 4OH̄ 综合： 2Zn + O2– + 2ē– → 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。
而是按产生中间产物过氧根离子的另一路线进行如下
离子又在电极表面经化学分解 ：
4ē+O2+2H2O → 4OH̄ 。 2ē+O2+H2O → O2H̄+OH̄
锌空气电池PPT课件
.
11
二、工作原理
1.电池组成及原理
组成：(–) Zn|KOH|空气(+)
负极为金属Zn；正极为空气中的氧；电解液为KOH
原理：
正极:1 2
O2
Hale Waihona Puke H2O2e2OH E
0.4V
负极:Zn Zn2+ +2e
Zn2+ +2OH Zn(OH)2E 1.25V
Zn(OH)2 ZnO H2O
总反应:Zn+1 2
锌空气电池
➢主要内容： ➢锌空气电池概述 ➢电池工作原理 ➢氧电极催化剂 ➢氧电极性能及制造工艺
.
1
➢本章重点：
氧电极：反应机理﹑氧电极的特点及存在的问题 电池结构原理：工作原理﹑组成结构 制造工艺原理：氧电极的制备
.
2
一、概述
1.锌空气电池定义
以空气作为阴极活性物质，金属作为阳极活性 物质的电池统称为金属空气电池。研究的金属一般 有镁、铝、锌、镉、铁等。其中碱性锌空气电池性 能最好，并且成本低和环境友好，因而受到人们的 广泛关注，被认为是大有希望的能量储存装置。
.
7
5.发展历史
锌空气电池的发明已经有上百年的历史，1995 年以色列电燃料（Electric Fuel）有限公司首次将锌 空气电池用于EV上，使得空气电池进入了实用化阶 段。
美国Dreisback Electromotive公司以及德国、 法国、瑞典、荷兰、芬兰、西班牙和南非等多个国 家也都在EV上积极地推广应用锌空气电池。
.
13
▪ 过氧化物分解成为羟基和氧气的过程是整个反应的 速率控制步骤。
▪ 为了加速预氧化物的还原和整个反应的速率， 在空 气正极中使用了催化剂来提升过程2 的反应速率。
锌空气电池与锂空气电池PPT课件
17
2. 双性电解液锂空气电池
隔膜
催化剂
CHENLI
基本反应如下：
2Li+1/2O2+2H+ → 2Li+H2O (3) 2Li+1/2O2+H2O → 2LiOH (4)
其中反应式(3)为酸性溶液中的
反应方程式，反应式(4)为中性
或碱性溶液中的反应方程式。 反应平衡电位均高于非水性电 解液反应的平衡电位，分别为
负极金属锂在放电过程中氧化为锂离 子，溶于电解液，电解液中的锂离子 扩散到正极，与被还原的氧气反应生
成产物Li2O2或Li2O沉积在正极上。
(1)为主反应,Li2O2为主产物。当放
电达到一定深度(1V左右)，会有
CHENLI
Li2O放电产物出现。
16
2. 双性电解液锂空气电池
反应产物Li2O2不溶于非
19 二、原理&结构——结构组成
1. 阳极
典型阳极是集流体承载的金属 锂，制备简单，性能良好。进 一步的设计采用了保护层，保 护层常采用陶瓷或玻璃锂离子 导体，这种保护金属锂电极在 水性、非水性溶液中都很稳定 。
CHENLI
20 2.阴极&催化剂
空气电极典型制备是 把碳、黏结剂、催化 剂通过涂膜、浸渍或 压制等方法承载在集 流体上。更进一步， 也可用衬底来提高表 面积，或在阴极外表 面放上透气膜防止水 分进入电池内。
CHENLI
25
CHENLI
CHENLI
13
一、研究背景
1.近几十年来,以金属锂为基础的电池主导了高性能电池的发展,这是因为在所有 的电池负极材料中,金属锂具有最低的密度,高的电压,较好的电子电导及最高 的电化学当量。
锂离子电池基本知识培训PPT课件
温度检测
在电池组中安装温度传感器，实时监 测电池温度。
温度控制
根据温度传感器的反馈，通过电池管 理系统控制充放电电流，使电池工作 在安全温度范围内。
防止外部短路措施
电池外壳设计
采用绝缘材料制作电池外壳，防止外部短路。
电池组连接方式
采用串联连接方式，减少外部短路的可能性。
短路保护
在电池管理系统中设置短路保护电路，当发生外 部短路时，自动切断电流，保护电池安全。
用恒流放电方式，放电电流根据电池容量和测试要求设定。
02
充电容量测试
在规定条件下对电池进行充电，记录充电时间并计算充电容量。一般采
用恒流恒压充电方式，充电电流和电压根据电池类型和测试要求设定。
03
容量保持率
电池在多次充放电循环后，其放电容量与初始容量的比值。用于评估电
池循环性能的重要指标。
内阻测试方法及标准
锂盐
如六氟磷酸锂（LiPF6）， 提供锂离子源。
添加剂
改善电解液的某些性能， 如提高导电性、降低粘度、 提高安全性等。
PART 03
制造工艺与设备简介
REPORTING
WENKU DESIGN
电极制备工艺流程
涂布
将混合好的浆料均匀涂布在集 流体上，形成电极片。
压片
将干燥后的电极片进行压片处 理，提高其密度和机械强度。
料。
涂布设备
将电极浆料均匀涂布在集流体上， 形成电极片的关键设备。
干燥设备
用于去除电极片中的水分和有机溶 剂，保证电极片的干燥程度。
关键设备介绍
压片机
对干燥后的电极片进行压片处理， 提高其密度和机械强度。
分切机
将压片后的电极片按照要求进行 分切，得到所需尺寸的电极片。
《金属空气电池》课件
储能领域
金属空气电池可作为大规 模储能系统，用于平衡电 网负荷、可再生能源并网 等。
军事领域
金属空气电池具有轻便、 高能量密度的特点，可用 于军事装备和无人机等。
优势与局限性
优势
金属空气电池具有高能量密度、环保 、资源丰富等优点，同时成本较低， 适合大规模应用。
局限性
金属空气电池的寿命相对较短，需要 定期更换电极材料；同时，其充电速 度和放电速度也较慢。
特点
金属空气电池具有高能量密度、低成本、环保等优点，同时 其放电功率和能量受限于氧气的供应和电极的结构。此外， 金属空气电池的寿命和性能受环境温度、湿度和氧气浓度的 影响较大。
02 金属空气电池的组成与工作过程
CHAPTER
正极材料
作用
正极材料在金属空气电池中主要负责氧的吸附和释放，以及电子 的传递。
电解液
作用
电解液在金属空气电池中主要负责提供离子传输 的通道，并参与电池的化学反应。
种类
常用的电解液包括碱性电解液、酸性电解液和熔 融盐等。
特点
电解液应具有良好的离子导电性、化学稳定性和 较低的腐蚀性。
工作过程
充电过程
在充电过程中，正极发生氧的吸 附反应，负极发生金属离子的沉 积反应，同时电子通过外电路传
研究进展
金属空气电池的原理研究
近年来，研究者们对金属空气电池的工作原理进行了深入 探讨，进一步了解了其放电和充电过程中的化学反应机制 。
新型金属空气电池的开发
针对传统金属空气电池的局限性，研究者们不断探索新型 的金属空气电池，如采用非贵金属作为阳极材料，以提高 电池的经济性和可循环性。
金属空气电池性能优化
金属空气电池的重要地位
金属空气电池是一种新型的能源存储和转换装置，具有高效、环保、可持 续等优点，在能源领域中占据重要地位。
锌空电池的特性(优缺点)幻灯片PPT
3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25倍以上是普通干电池的57倍
锌空电池的特性(优缺点)幻灯片 PPT
本课件仅供学习使用 学习完毕请自行删除 本课件仅供学习使用 学习完毕请自行删除 本课件仅供学习使用 学习完毕请自行删除
三、问题
3.5对供气质量要求高 因为锌一空气电池需要空气中的氧气，所以，空气
质量对电池的性能有影响。
3.6道路试验的时候电池指标变差 道路试验存在的问题集中表现为：电池内阻增大，
一致性变差，端电压下降，容量下降。电池特性的变差， 直接导致车辆加速性能不好、车速低和续驶里程变短。
那么，是不是锌空气电池即便规模化投产，也不会有太大 用武之地呢?
二、优点
2.1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）。
1.概念 2.优点 3.存在的问题（缺点） 4.前景
一、概念
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。
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。
锌空电池的特性(优缺点)幻灯片 PPT
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三、问题
3.5对供气质量要求高 因为锌一空气电池需要空气中的氧气，所以，空气
质量对电池的性能有影响。
3.6道路试验的时候电池指标变差 道路试验存在的问题集中表现为：电池内阻增大，
一致性变差，端电压下降，容量下降。电池特性的变差， 直接导致车辆加速性能不好、车速低和续驶里程变短。
那么，是不是锌空气电池即便规模化投产，也不会有太大 用武之地呢?
二、优点
2.1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）。
1.概念 2.优点 3.存在的问题（缺点） 4.前景
一、概念
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。
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ppt课件
西安通锐公司研制成功液体循环式锌空气电池，目前， 陕西省已将该项目列入开发计划，正在组织企业和研究单位 实施。该公司目前在现有的微型电动轿车试验的基础上，利 用现有的18kW电机，正在改装的轻型车（10座）上扩大试 验，试验车已达到时速60-80km/h。该公司还计划在10座轻 型客车基础上，设计研制16-20座轻型客车，最高时速120 km/h，两年后拿出技术上成熟的整套动力系统和整车。
二、工作原理
1.电池组成及原理
组成：(–) Zn|KOH|空气(+)
负极为金属Zn；正极为空气中的氧；电解液为KOH
原理：
正极
:1 2
O2
H2O
2e
2OH
E
0.4V
负极:Zn Zn2+ +2e
Zn2+ +2OH Zn(OH )2E 1.25V
Zn(OH )2 ZnO H2O
总反应 :Zn+1 2
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，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。
二、工作原理
1.电池组成及原理
组成：(–) Zn|KOH|空气(+)
负极为金属Zn；正极为空气中的氧；电解液为KOH
原理：
正极
:1 2
O2
H2O
2e
2OH
E
0.4V
负极:Zn Zn2+ +2e
Zn2+ +2OH Zn(OH )2E 1.25V
Zn(OH )2 ZnO H2O
总反应 :Zn+1 2
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，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。
锌空气电池与锂空气电池
工作特性
1）电池尺寸选择性灵活 从纽扣、硬币电池到大型方形电池， 用于助听设备的纽扣电池和军用方形电池较多。 2）电压稳定 额定开路电压为1.4V，终止电压一般为0.9-1.1V 3）体积比能量高 在所有纽扣电池中，锌-空气电池体积比能量 最高。
工作特性
4）放电特性：放电曲线平稳，放电电流越大，电压越低 5）储存寿命 通常用密封标签密封住气孔，防止气体迁移进入 电池引起电池性能的衰变；电池中锌电极会发生自放电反应， 因为锌在碱性电解质中呈热力学不稳定性，反应生成ZnO和H2, H2 可以从密封签中透过，防止电池变形。高温和潮湿会显著 影响自放电速度。
3.电解质&隔膜
这里介绍几种有机电解质
锂空气电池常用隔膜有聚烯烃隔膜、玻璃纤维和固体离子导电膜。
三、设计&性能
锂空气电池有多种结构形式有软包 装型、硬币型、塑料壳型等。最普 遍的结构是采用软包装型。
这是一个大型锂空气电池的单 体设计，外壳为特殊设计，边 长5in的方形，两侧均有空气窗 口，阳极的两面均有与之层叠 的空气阴极。这些单体集成起 来可成为大型锂空气电池。
锌空气电池与锂空气电池
———从电池的工作原理与组成等方面介绍了锌空气 电池与锂空气电池的研究进展
报告人：赵啸宇，端木凡朋
锌-空气电池
研究背景 ：锌-空气电池的开发过程分为四代 ：基本的电极反应
工作原理
电池结构 工作特性
：以纽扣电池为例介绍基本结构
：锌-空气电池工作时的特殊性质研究背景Βιβλιοθήκη Li +e →Li
+
-
4OH →O2+2H2O+4e
隔膜
催化剂
二、原理&结构——结构组成
四大空气电池
金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。
金属空气电池以活泼的金属作为阳极，具有安全、环保、能量密度高等诸多优点。
具有良好的发展和应用前景，甚至被寄予厚望替代当前新能源汽车主要的动力电池类型—锂离子动力电池。
制作金属空气电池，可选用的原材料比较丰富。
目前已经取得研究进展的金属空气电池主要有铝空气电池、镁空气电池、锌空气电池、锂空气电池等。
这几种类型的金属空气电池有的已经具备大规模量产的条件，有的还停留在实验室阶段，有的已经在电动汽车方面取得良好的应用成果，并即将大规模装载新能源车辆。
本文将分别介绍上述几种金属空气电池的研发及应用进展。
一、铝空气电池1、工作原理铝空气电池以高纯度铝Al（含铝99.99%）为负极、氧为正极，以氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）水溶液为电解质。
铝摄取空气中的氧，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用转化为氧化铝。
2、特点铝空气电池具有无毒、无害、无污染，可回收循环使用等特点。
对于电动汽车来说，铝空气电池具有质量轻、比能量大的显著特点。
资料显示，铝空气电池的理论比能量可达8100Wh/kg，目前的实际比能量约实现了350Wh/kg，是锂电池的2.3倍，镍氢电池的6倍，铅酸电池的7倍多。
这种电池对于减轻汽车重量，增加续航里程具有明显的帮助。
3、研发及应用进展国外：据相关资料，美国加利福尼亚州在使用铝空气电池的电动汽车上，有过只更换一次铝电极续驶里程达1600km的记录。
美铝加拿大公司和以色列公司Phinergy新展示的100公斤重的铝空气电池储存了可行驶3000公里的足够电量。
国内：云铝股份与昆明冶金研究院共同出资组建创能铝空气电池股份有限公司，投资铝-空气电池研发项目。
目前，创能铝空气电池研发项目正在推进中。
中国动力与PHINERGY成立合资公司，计划在大巴、旅游车、物流汽车及运动型多用途汽车等电动车型推广铝空气电池。
并计划在大陆、香港、澳门进行推广。
锂离子电池知识培训ppt课件
3
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一.（2）锂离子电池定义及原理图
锂离子电池是一种充电电池，它
主要依靠锂离子在正极和负极之
间移动来工作。在充放电过程中， Li+ 在两个电极之间往返嵌入和 脱嵌：充电池时，Li+从正极脱 嵌，经过电解质嵌入负极，负极 处于富锂状态；放电时则相反。
镍氢电池
14
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
镍镉 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池容易与下面两种电 池混淆：
❖
（1）锂电池：存在锂单质。
❖
（2）锂离子聚合物电池：
用多聚物取代液态有机溶剂。
4
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一.（3）电池的分类 从电池的使用上分：
一次电池：是只能一次性使用的电池， 如：碱性电池、碳性电池、钮扣电池。 二次电池：是可反复使用的电池。如： 镍镉（Nicd）、镍氢（Nimh）、铅 酸、锂离子可充电池（Li-ion）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一.电池的基本知识
2
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一.（2）锂离子电池定义及原理图
锂离子电池是一种充电电池，它
主要依靠锂离子在正极和负极之
间移动来工作。在充放电过程中， Li+ 在两个电极之间往返嵌入和 脱嵌：充电池时，Li+从正极脱 嵌，经过电解质嵌入负极，负极 处于富锂状态；放电时则相反。
镍氢电池
14
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
镍镉 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池容易与下面两种电 池混淆：
❖
（1）锂电池：存在锂单质。
❖
（2）锂离子聚合物电池：
用多聚物取代液态有机溶剂。
4
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一.（3）电池的分类 从电池的使用上分：
一次电池：是只能一次性使用的电池， 如：碱性电池、碳性电池、钮扣电池。 二次电池：是可反复使用的电池。如： 镍镉（Nicd）、镍氢（Nimh）、铅 酸、锂离子可充电池（Li-ion）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一.电池的基本知识
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
锂离子电池教学讲座PPT
差，高温下尤其明显。
制备工艺：制备简单，但通常需采用包覆或掺杂等手段来改善其高温性能。
总体评价：价格和安全性优势明显，但高温性能差，循环性能不理想，高温性能改善后在动力电池
有广阔应用前景。
2.8 ~ 4.3
单相结构
Ni2+/Ni3+/Ni4+ Co3+/Co4+
， 277
性能特点：实际比容量在160mAh/g左右（4.3V），较高的能量密度，相对于LiCoO2倍率性能大大 提高。
制备工艺：可以高温固相合成，但为了获得很好离子混排，需要较高的反应温度和较长的反应时间。
总体评价：综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4的优点，并在一定程度上弥补了各自的不足，非常有 前途的正极材料。
2.5 ~ 4.0
3.4
Fe2+/Fe3+
165
性能特点：容量能达到140mAh/g以上，能量密度稍低，循环性能优异，进行炭包覆后倍率性能优异。
274
性能特点：实际比容量一般在140mAh/g左右，但倍率性能较差，耐过充性能差。
制备工艺：制备工艺简单，空气中高温固相法合成。
总体评价：工艺成熟，是目前市场主流产品，但价格高，安全性差，是小电池的正极首选，而在大
电池中难以胜任。
3.5* ~ 4.3
4.1；单相结构
Mn3+/Mn4+
148
性能特点：实际比容量一般为110mAh/g，倍率性能好，但电池中结构稳定性不好，循环性能相对较
电解质锂盐是提供锂离子的源泉保证电池在充放电循环过程中有足够的锂离子在正负极来回往返从而实现可逆循离子液体凝胶聚合状态液态液态准固态固态固态基体性质流动性流动性韧性韧性脆性li位置不固定不固定相对固定相对固定固定li浓度较低较低较低较高较高较高偏低偏低安全性易燃价格较高较高较高较低隔膜隔膜是锂离子电池中一个重要的组成部分目前国内锂离子电池用的隔膜基本依赖进口价格较高约占电池成本的15
锌空气电池结构图
据国家“863”项目一位车用电池专家介绍，目前世界上有若干种金属空气电池，包括锌空气电池、铝空气电池和锂空气电池等。他告诉记者，前两种已经进入我国研发范围，与产业化最接近的只有锌空气电池。
以锌空气电池为主要产品的中航长力联合能源科技有限公司相关负责人介绍，锌空气金属燃料电池的主要优势表现在，锌空气金属燃料电池的正极活性物质是空气中的氧气，不占用电池体积。因此电池内部可以携带更多的锌，比能量更高，目前已达到每千克180瓦时，作为汽车动力电池，续驶里程长。锌空气金属燃料电池中的锌为循环使用，对环境零污染。生产电池的原材料丰富，成本低，是锂电池的五分之一。
此外，在实验中，研究人员分别用碱性水溶性凝胶和碱性水溶液作正极的电解液，结果发现，这种新型锂空气电池的放电性能比以往该类型电池大幅提高，特别是如果用碱性水溶液作正极电解液，使电池在空气中以0.1安培／克的放电率放电，电池可连续放电20天。
据了解，这种新型锂空气电池无需充电，只需更换正极的水性电解液，通过卡盒等方式更换负极的金属锂就可以连续使用。正极生成的氢氧化锂可以从使用过的水性电解液中回收，再提炼出金属锂，金属锂则可再次作为燃料循环使用。
破解锂电池成本、容量难题
随着纯电动汽车、燃料电池汽车被作为国家相关政策的鼓励方向，制约它产业化的电池问题越发突出。“目前大家看好的锂离子电池成本太高，容量不大。电动汽车如要突破，必须研发更理想的电池。”近日，国内某汽车企业新能源汽车研发部门相关人士对记者说。
金属空气电池（metal-air battery)被寄予厚望。据了解，这类电池是特殊的燃料电池，是新一代绿色蓄电池，构造原理与干电池相同，所不同的只是它的去极剂取自空气中的氧。它的制造成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高、原材料可回收再生利用，与燃料电池汽车（FCHV）所用氢燃料电池相比，结构简单，价格十分便宜，并且性能优越。
以锌空气电池为主要产品的中航长力联合能源科技有限公司相关负责人介绍，锌空气金属燃料电池的主要优势表现在，锌空气金属燃料电池的正极活性物质是空气中的氧气，不占用电池体积。因此电池内部可以携带更多的锌，比能量更高，目前已达到每千克180瓦时，作为汽车动力电池，续驶里程长。锌空气金属燃料电池中的锌为循环使用，对环境零污染。生产电池的原材料丰富，成本低，是锂电池的五分之一。
此外，在实验中，研究人员分别用碱性水溶性凝胶和碱性水溶液作正极的电解液，结果发现，这种新型锂空气电池的放电性能比以往该类型电池大幅提高，特别是如果用碱性水溶液作正极电解液，使电池在空气中以0.1安培／克的放电率放电，电池可连续放电20天。
据了解，这种新型锂空气电池无需充电，只需更换正极的水性电解液，通过卡盒等方式更换负极的金属锂就可以连续使用。正极生成的氢氧化锂可以从使用过的水性电解液中回收，再提炼出金属锂，金属锂则可再次作为燃料循环使用。
破解锂电池成本、容量难题
随着纯电动汽车、燃料电池汽车被作为国家相关政策的鼓励方向，制约它产业化的电池问题越发突出。“目前大家看好的锂离子电池成本太高，容量不大。电动汽车如要突破，必须研发更理想的电池。”近日，国内某汽车企业新能源汽车研发部门相关人士对记者说。
金属空气电池（metal-air battery)被寄予厚望。据了解，这类电池是特殊的燃料电池，是新一代绿色蓄电池，构造原理与干电池相同，所不同的只是它的去极剂取自空气中的氧。它的制造成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高、原材料可回收再生利用，与燃料电池汽车（FCHV）所用氢燃料电池相比，结构简单，价格十分便宜，并且性能优越。
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空气电极典型制备是 把碳、黏结剂、催化 剂通过涂膜、浸渍或 压制等方法承载在集 流体上。更进一步， 也可用衬底来提高表 面积，或在阴极外表 面放上透气膜防止水 分进入电池内。
21 3.电解质&隔膜
这里介绍几种有机电解质
锂空气电池常用隔膜有聚烯烃隔膜、玻璃纤维和固体离子导电膜。
22 三、设计&性能
工作特性
4）放电特性：放电曲线平稳，放电电流越大，电压越低
5）储存寿命 通常用密封标签密封住气孔，防止气体迁移进入 电池引起电池性能的衰变；电池中锌电极会发生自放电反应， 因为锌在碱性电解质中呈热力学不稳定性，反应生成ZnO和H2, H2 可以从密封签中透过，防止电池变形。高温和潮湿会显著影 响自放电速度。
6
简化电池截面图
金属氧化物纽扣电池
负极壳 绝缘垫圈 锌负极
隔膜 正极 正极壳
锌空气纽扣电池
7
电池结构
正极
隔膜 催化层 金属网 疏水膜 扩散膜 空气分散膜
8
电池结构
负极内部将会预留15%-20%的体积为负极自由体积 催化层组分为碳与锰的氧化物混合所形成的导电介质 正极通过添加很细的聚四氟乙烯微粒，增加疏水性 金属网构成结构支架，并且作为集流体 疏水膜保持空气和电解液之间的界面，能防止气体透过和防止
,寻找能量更高、更便宜的正极材料一直是锂电池发展的方向。
3.金属空气电池提供了很好的电化学性能,包括锌空气电池、镁空气电池、铁空 气电池、钙空气电池、锂空气电池等。在这些金属空气电池中,金属负极储存 能量,正极空气电极只是作为能量转换的工具,氧气来自空气中,取之不尽,这样
也就带来巨大的比能量,通常金属空气电池的理论比能量均在1000mAh.g-1
（24）O正H极-→反O应2+2H2O+4e-
反应生成氧，产生的电子供应 给导线。
19 二、原理&结构——结构组成
1. 阳极
典型阳极是集流体承载的金属 锂，制备简单，性能良好。进 一步的设计采用了保护层，保 护层常采用陶瓷或玻璃锂离子 导体，这种保护金属锂电极在 水性、非水性溶液中都很稳定 。
20 2.阴极&催化剂
研究背景
4
第二代锌-空气电池——纽扣电池
体积小，从纽扣到硬币大小 上世纪七十年代曾被作为助听器商业化
5
工作原理
锌-空气电池直接使用空气中的氧气参与产生电能的化学反应 负极：Zn→Zn2++2e
Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e Zn(OH)2→ZnO+H2O
正极：O2+2H2O+4e→4OHO2+H2O+2e→O2H-+OH- O2H-→OH-+1∕2O2（ 速控步骤）
锂空气电池有多种结构形式有软包 装型、硬币型、塑料壳型等。最普 遍的结构是采用软包装型。
23
24
这是一个大型锂空气电池的单 体设计，外壳为特殊设计，边 长5in的方形，两侧均有空气窗 口，阳极的两面均有与之层叠 的空气阴极。这些单体集成起 来可成为大型锂空气电池。
25
11
总结：
12
锂-空气电池
13
一、研究背景
1.近几十年来,以金属锂为基础的电池主导了高性能电池的发展,这是因为在所有 的电池负极材料中,金属锂具有最低的密度,高的电压,较好的电子电导及最高 的电化学当量。
2.金属锂的比容量虽高达3860mAh.g-1 ，但大部分锂离子电池正极材料的电 化学容量只有200mAh.g-1 左右。由于价格、安全性、比能量等方面的影响
负极金属锂在放电过程中氧化为锂离 子，溶于电解液，电解液中的锂离子 扩散到正极，与被还原的氧气反应生
成产物Li2O2或Li2O沉积在正极上。
(1)为主反应,Li2O2为主产物。当放
电达到一定深度(1V左右)，会有
Li2O放电产物出现。
16
2. 双性电解液锂空气电池
反应产物Li2O2不溶于非
水性电解液，逐步堵塞 正极的孔隙，减少反应 界面面积，阻碍反应物 扩散至反应界面，从而 阻止反应的进一步进行 ，使实际获得的比容量 低于其理论值，同时还 导致锂空电池循环性能 较差等不良结果。
其中反应式(3)为酸性溶液中的
反应方程式，反应式(4)为中性
或碱性溶液中的反应方程式。 反应平衡电位均高于非水性电 解液反应的平衡电位，分别为
4.274V 和3.446V。
18 隔膜 催化剂
充电时电极反应如下:
（1）Li负++极e反-应→Li
通过导线供应电子，锂离子Li+ 由正极的水性电解液穿过隔膜 到达负极表面，在负极表面发 生反应生成金属锂。
于是催生出双性电解液锂空 气电池，将电池正极侧的非 水性电解液以水性电解液替 代，而负极侧仍采用非水性 电解液，从而在不影响负极 的同时，解决了正极反应产 物不溶于电解液的问题，
17
2. 双性电解液锂空气电池
隔膜 催化剂
基本反应如下：
2Li+1/2O2+2H+ → 2Li+H2O (3) 2Li+1/2O2+H2O → 2LiOH (4)
1
锌空气电池与锂空气电池
———从电池的工作原理与组成等方面介绍了锌空气 电池与锂空气电池的研究进展
报告人：赵啸宇，端木凡朋
2
锌-空气电池
研究背景 ：锌-空气电池的开发过程分为四代 工作原理 ：基本的电极反应 电池结构 ：以纽扣电池为例介绍基本结构 工作特性 ：锌-空气电池工作时的特殊性质
3
水的进入 空气分散层可以把氧气均匀地分散到正极表面
9
工作特性
1）电池尺寸选择性灵活 从纽扣、硬币电池到大型方形电池， 用于助听设备的纽扣电池和军用方形电池较多。
2）电压稳定 额定开路电压为1.4V，终止电压一般为0.9-1.1V
3）体积比能量高 在所有纽扣电池中，锌-空气电池体积比能量 最高。
10
以上。
14 几种金属空气电池的特性
可以看出在所有的金属空气电池中锂空气电池无疑具有最高的比能量 ,锂空气电池惊人的能量密度将会在航天航空和移动能源等领域起到不 可估量的作用。
15 二、原理&结构——锂空气电池两大体系
1.非水性电解液锂空气电池 两个基本反应如下：
2Li+O2→Li2O2 Eθ=3.10V(1) 4Li+O2→2Li2O Eθ=2.91V(2)
21 3.电解质&隔膜
这里介绍几种有机电解质
锂空气电池常用隔膜有聚烯烃隔膜、玻璃纤维和固体离子导电膜。
22 三、设计&性能
工作特性
4）放电特性：放电曲线平稳，放电电流越大，电压越低
5）储存寿命 通常用密封标签密封住气孔，防止气体迁移进入 电池引起电池性能的衰变；电池中锌电极会发生自放电反应， 因为锌在碱性电解质中呈热力学不稳定性，反应生成ZnO和H2, H2 可以从密封签中透过，防止电池变形。高温和潮湿会显著影 响自放电速度。
6
简化电池截面图
金属氧化物纽扣电池
负极壳 绝缘垫圈 锌负极
隔膜 正极 正极壳
锌空气纽扣电池
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电池结构
正极
隔膜 催化层 金属网 疏水膜 扩散膜 空气分散膜
8
电池结构
负极内部将会预留15%-20%的体积为负极自由体积 催化层组分为碳与锰的氧化物混合所形成的导电介质 正极通过添加很细的聚四氟乙烯微粒，增加疏水性 金属网构成结构支架，并且作为集流体 疏水膜保持空气和电解液之间的界面，能防止气体透过和防止
,寻找能量更高、更便宜的正极材料一直是锂电池发展的方向。
3.金属空气电池提供了很好的电化学性能,包括锌空气电池、镁空气电池、铁空 气电池、钙空气电池、锂空气电池等。在这些金属空气电池中,金属负极储存 能量,正极空气电极只是作为能量转换的工具,氧气来自空气中,取之不尽,这样
也就带来巨大的比能量,通常金属空气电池的理论比能量均在1000mAh.g-1
（24）O正H极-→反O应2+2H2O+4e-
反应生成氧，产生的电子供应 给导线。
19 二、原理&结构——结构组成
1. 阳极
典型阳极是集流体承载的金属 锂，制备简单，性能良好。进 一步的设计采用了保护层，保 护层常采用陶瓷或玻璃锂离子 导体，这种保护金属锂电极在 水性、非水性溶液中都很稳定 。
20 2.阴极&催化剂
研究背景
4
第二代锌-空气电池——纽扣电池
体积小，从纽扣到硬币大小 上世纪七十年代曾被作为助听器商业化
5
工作原理
锌-空气电池直接使用空气中的氧气参与产生电能的化学反应 负极：Zn→Zn2++2e
Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e Zn(OH)2→ZnO+H2O
正极：O2+2H2O+4e→4OHO2+H2O+2e→O2H-+OH- O2H-→OH-+1∕2O2（ 速控步骤）
锂空气电池有多种结构形式有软包 装型、硬币型、塑料壳型等。最普 遍的结构是采用软包装型。
23
24
这是一个大型锂空气电池的单 体设计，外壳为特殊设计，边 长5in的方形，两侧均有空气窗 口，阳极的两面均有与之层叠 的空气阴极。这些单体集成起 来可成为大型锂空气电池。
25
11
总结：
12
锂-空气电池
13
一、研究背景
1.近几十年来,以金属锂为基础的电池主导了高性能电池的发展,这是因为在所有 的电池负极材料中,金属锂具有最低的密度,高的电压,较好的电子电导及最高 的电化学当量。
2.金属锂的比容量虽高达3860mAh.g-1 ，但大部分锂离子电池正极材料的电 化学容量只有200mAh.g-1 左右。由于价格、安全性、比能量等方面的影响
负极金属锂在放电过程中氧化为锂离 子，溶于电解液，电解液中的锂离子 扩散到正极，与被还原的氧气反应生
成产物Li2O2或Li2O沉积在正极上。
(1)为主反应,Li2O2为主产物。当放
电达到一定深度(1V左右)，会有
Li2O放电产物出现。
16
2. 双性电解液锂空气电池
反应产物Li2O2不溶于非
水性电解液，逐步堵塞 正极的孔隙，减少反应 界面面积，阻碍反应物 扩散至反应界面，从而 阻止反应的进一步进行 ，使实际获得的比容量 低于其理论值，同时还 导致锂空电池循环性能 较差等不良结果。
其中反应式(3)为酸性溶液中的
反应方程式，反应式(4)为中性
或碱性溶液中的反应方程式。 反应平衡电位均高于非水性电 解液反应的平衡电位，分别为
4.274V 和3.446V。
18 隔膜 催化剂
充电时电极反应如下:
（1）Li负++极e反-应→Li
通过导线供应电子，锂离子Li+ 由正极的水性电解液穿过隔膜 到达负极表面，在负极表面发 生反应生成金属锂。
于是催生出双性电解液锂空 气电池，将电池正极侧的非 水性电解液以水性电解液替 代，而负极侧仍采用非水性 电解液，从而在不影响负极 的同时，解决了正极反应产 物不溶于电解液的问题，
17
2. 双性电解液锂空气电池
隔膜 催化剂
基本反应如下：
2Li+1/2O2+2H+ → 2Li+H2O (3) 2Li+1/2O2+H2O → 2LiOH (4)
1
锌空气电池与锂空气电池
———从电池的工作原理与组成等方面介绍了锌空气 电池与锂空气电池的研究进展
报告人：赵啸宇，端木凡朋
2
锌-空气电池
研究背景 ：锌-空气电池的开发过程分为四代 工作原理 ：基本的电极反应 电池结构 ：以纽扣电池为例介绍基本结构 工作特性 ：锌-空气电池工作时的特殊性质
3
水的进入 空气分散层可以把氧气均匀地分散到正极表面
9
工作特性
1）电池尺寸选择性灵活 从纽扣、硬币电池到大型方形电池， 用于助听设备的纽扣电池和军用方形电池较多。
2）电压稳定 额定开路电压为1.4V，终止电压一般为0.9-1.1V
3）体积比能量高 在所有纽扣电池中，锌-空气电池体积比能量 最高。
10
以上。
14 几种金属空气电池的特性
可以看出在所有的金属空气电池中锂空气电池无疑具有最高的比能量 ,锂空气电池惊人的能量密度将会在航天航空和移动能源等领域起到不 可估量的作用。
15 二、原理&结构——锂空气电池两大体系
1.非水性电解液锂空气电池 两个基本反应如下：
2Li+O2→Li2O2 Eθ=3.10V(1) 4Li+O2→2Li2O Eθ=2.91V(2)