锌空气电池的应用市场前景分析

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。

由于电动汽车的能量基本上是通过柔性的电线传输的。因此，电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性，从而可以大幅度地提高车辆的机动性。电动汽车由于结构简单，不需要更换机油、油泵、气化器以及消声装置等等，无需添加冷却水，它的日常维修保养工作少。这些有利条件都促使我们必须加快开发电力驱动汽车。

2．锌-空气电池用作电动汽车用动力电池的优势

化学电池作为一种能量转换装置已有100多年的历史，先后出现了锌锰干电池、铅酸电池、镍镉/氢电池、锂离子电池、金属空气电池等诸多种类，极大地推动了人类文明发展。各类电池因自身特点不同而占有着不同的市场份额，性能优良的电池不断扩大市场份额，而性能低下的电池种类已经退出或将要退出市场。

锌-空气电池亦称锌氧电池，是金属空气电池的一种。锌-空气电池于1993年始于德国，经过几年的努力现已基本成熟，可工业化生产。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，工作安全可靠等优点，是一种极有前途的电动车用电池。锌-空气电池现在的质量能已达到了230Wh/Kg，几乎是铅酸电池的8倍。根据计算，锌-空气电池质量能的理论值是1350Wh/Kg，可见锌-空气电池的发展空间非常大。相比于其它几类常见的电池，锌-空气电池主要有以下优势：

1．能量密度高、比容量大

由于锌-空气电池的正极反应物是空气中的氧气，不占用电池的空间，节省下来的空间可以装填更多的电池原材料，因此锌-空气电池的容量和普通的电池相比较要大得多。2．原材料丰富易得、成本低廉

电池阴极利用的是空气中的氧气，无需任何费用；负极采用金属锌，锌在地壳中的储量相对丰富，至2009年底，我国锌资源的地质保有储量为1亿吨，而且资源分布相当广泛，几乎遍及全国。锌-空气电池最终生成的反应产物氧化锌也可以通过电解进行回收。承载催化剂的空气电极材料属于一次性投入，并且所有的电池构成材料都可以重复使用。

3．性能稳定、放电平稳

由于放电过程中电池的正极催化剂稳定，负极的金属锌也比较稳定，所以放电电压变化不大。这一点主要是和锂离子电池比较而言。锂离子电池由于锂原子结构的特殊性，而造成放电时的不稳定性，有时还会发生爆炸的现象，而金属锌相对锂来说要稳定的多，所以锌-空气电池不存在这一问题。

4．重量小、体积小、系统结构简单

锌-空气电池相当于只有一个电极，所以体积和质量都可以相对的做得很小；同样因为只有一个电极，它可以在有限的空间里尽可能多的储存阳极活性物质，所以锌-空气电池的比容量就能做得相当大。

5．安全可靠、绿色环保

无论是电池两极活性物质，还是电解液、空气电极，锌-空气电池所有构成材料均清洁无毒、无重金属、无放射性元素；在电池放电后，反应产物是氧化锌和水，都可回收利用，不会给环境和人类生活带来危害。

6．“充电”方便

与传统铅酸电池、锂离子电池等二次电池不同的是，锌-空气电池阴极活性物质是空气，不用补充，当电量用完时，直接补充锌就可以完成“充电”。机械更换锌阳极，一般只需3-5分钟。这是锌-空气电极区别于其它电池最大的特点。如果在野外、沙漠、海岛等没有其它供电方式的情况下，电池放电完毕后能迅速得到恢复。它的充电不受外界环境的影响，是真正的电池放电和充电完全分离。这种电池一旦得到发展，可以通过超市、汽配商店、电池经营点等购买通用的锌电极，从而实现充电过程。

3．锌-空气电池对锌冶炼及锌加工产业的推动作用