金属空气电池
金属空气电池
化学反应
铝空气电池的特点
中性电解质体系由于电导率较低且铝酸盐不可 溶，因此功率难 以提高。碱性体系能够溶解一定的铝 酸盐且电导率高，因此应 用于相对较高功率的需求。 一般盐性条件下的铝-空气电池与 碱性铝-空气电池 的区别主要体现在反应产物、电压及功率上。 盐性条 件下电压低，适用于中小功率应用，而碱性条件下电 池电压高,既可适用于小功率应用,也可适用于中高 功率应用如 作电动汽车电源等。盐性条件下,反应产 物为不可溶的三水铝 石凝胶。由于凝胶状物质的产 生,它会粘附在阳极的表面阻止 电极反应,从而降低 了反应速率及阳极效率，通过加入特殊的 抑制剂如 SnO32-于电解液中［3］,以抑制剂为晶核,使三水铝 石以 晶状粉末形式存在,这样自然沉淀于电解液的底层, 从而消 除了凝胶物质的不良影响。碱性条件下反应 产物为可溶的 Al(OH)4-，没有沉淀问题（铝酸盐在溶 液中达到饱和会析出）， 但会使电解液的电导率下 降，从而影响电池性能。另外由于铝 的腐蚀反应生成 氢气并放出热,以及电池对外做功也放出热， 因此必 须对电池系统进行安全处理（如除氢，换热）。
锂空气电池
电池的构造 化学原理 锂空气电池使用及性 能
电池的构造
电池通过放电反应生成的不是固体氧化锂（Li2O）， 而是易溶于水性电解液的氢氧化锂（LiOH），这样就 不会引起空气极的碳孔堵塞。另外，由于水和氮等无 法通过固体电解质隔膜，因此不存在和负极的锂金属 发生反应的危险。此外，配置了充电专用的正极，可 防止充电时空气极发生腐蚀和劣化。 负极采用金属锂条，负极的电解液采用含有锂盐 的有机电解液。中间设有用于隔开正极和负极的锂离 子固体电解质。正极的水性电解液使用碱性水溶性凝 胶，与由微细化碳和廉价氧化物催化剂形成的正极组 合。
简介
金属空气电池 电解液
金属空气电池 电解液
金属空气电池是一种利用金属和空气中的氧气发生化学反应来产生电能的装置。
电解液是金属空气电池中的重要组成部分，它通常是一种碱性溶液，如氢氧化钾或氢氧化钠等。
在金属空气电池中，电解液的作用是将金属离子从负极移动到正极，同时将电子从正极移动到负极，从而形成电流。
当金属与氧气反应时，会产生金属氧化物，这些氧化物会溶解在电解液中，形成金属离子。
随着反应的进行，金属离子会在电解液中不断地迁移，从而维持了电池的放电过程。
除了提供金属离子的迁移通道外，电解液还可以调节电池中的pH值。
由于金属氧化物通常是酸性的，因此需要使用碱性的电解液来中和它们，以保持电池的稳定性和寿命。
电解液是金属空气电池中不可或缺的组成部分，它通过提供金属离子的迁移通道和调节pH值等功能，保证了电池的正常充放电和稳定性能。
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。
金属空气电池
的最佳选择。
（2）铝空气电池的正极活性物质来源于空气中的氧气，其正极是一种透气、不透液、
能导电、有催化活性的薄膜，它在整个电池中所占的比例很小，余下的空间可以用来充
填阳极材料。因此在现有的小型电池系统中具有最高的比能量。铝空气电池由于空气电
极很薄，使得电池很轻巧，适用于便携式设备。
（3）铝空气电池可携带燃料长距离行驶，节约能源，元件可快速更换，是电动自行
1 正极（空气电极）
一个空气电极一般由三层组成：催化层、防水透气层及用 来增加电极机械强度的金属集流导电网。空气中的氧在电极 参加反应时，首先通过扩散溶入溶液，然后在液相中扩散， 在电极表面进行化学吸附，最后在催化层进行电化学还原。 因此，催化层的性能和催化剂的选择直接关系到空气电极性 能的好坏。而空气电极反应是在气、液、固三相界面上进行 的，电极内部能否形成尽可能多的有效三相界面，将影响催 化剂的利用率和电极的传质过程。在放电过程中，氧气在三 相界面上被电化学催化还原为氢氧根离子。
项目一
项目二
项目三
项目四
项目五
项目六
任务一 任务二 任务三 任务四 任务五 任务六 任务七
任务6 金属空气电池
任务引入
金属空气电池是用金属燃料代替氢能源形成的一种新概念 电池，有望成为新一代绿色能源。它发挥了燃料电池的众多 优点，将锌、铝等金属像氢气一样提供到电池中的反应位置 ，与氧气一起构成一个连续的电能产生装置，金属空气电池 既有丰富的廉价资源，又能再生利用，而且比氢燃料电池结 构简单，是很有发展和应用前景的新能源。下面我们一起进 入金属空气电池的学习吧。
越性:
实际可达到450W·h/kg，比能量密度小于铅酸蓄电池，比功率为50～200W/kg，
金属空气电池
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金属空气电池的结构及工作原理 • 金属空气电池主要由正极、负极、电解液三大部分组成. 下图为金属空气电池的构成
金属空气电池的工作原理
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（1）正极（空气电极） 一个空气电极一般由三层组成：催化层，防水透气层以及用来增加电极机械强度的金属集流导电网。空气中的 氧在电极参加反应时，首先通过扩散溶入溶液，然后在液相中扩散，在电极表面进行化学吸附，最后在催化层进行 电化学还原。因此催化层的性能和催化剂的选择直接关系到空气电极的性能的好坏。而空气电极反应是在气、液、 固三相界面上进行的，电极内部能否形成尽可能多的有效三相界面将影响催化剂的利用率和电极的传质过程。在放 电过程中， 氧气在三相界面上被电化学催化还原为氢氧根离子，发生反应： O2 + 2H2O + 4e- → 4OH（1） （2）负极（金属电极） 金属空气电池的理论能量密度只取决于负极。即燃料电极，这是电池中传递的惟一活性物质。金属阳极通常都要根 据具体的金属性质进行金属成分或形态的加工处理，以满足电池要求。目前负极主要研究的有铝或锌等金属合金。 以锌为例，放电时，锌在碱性溶液中发生反应 2Zn+ 4OH- → 2Zn(OH)2 + 4e- （2） 在电池中发生的总反应为: O2 + 2Zn + 2H2O → 2Zn(OH)2 （3） （3）电解液 空气电极在反应过程中产生氢氧根离子，它的电势一般由溶液中的氢氧根离子的浓度决定。倘若OH-离子局部 地增加，那么由于电势变化过速引起严重的极化。缓冲溶液能减低pH变化，也即减低氢氧根离子浓度的变化，这样 可减小极化而提供更大的电流。酸和碱都是比较好的缓冲溶液，因此最令人满意的空气电极均采用高浓度的碱性或 酸性电解液。碱性和酸性电解液均有缺点，碱性电解液会被空气中的二氧化碳污染，酸性电解液会与低廉的催化剂 作用使之腐蚀，同时也腐蚀用于空气电极的集流体。实用上一般还能容许碱性电解液的缺点。有些金属一空气体系 采用近乎中性的含水电解液，如氯化钠或碳酸钾，但它们只限于低电流密度使用。
金属空气电池种类
金属空气电池是一类以金属（通常是锌、铝或锡）和空气中的氧气作为电极材料的电池。
根据金属和电解质的不同组合，金属空气电池可以分为多种类型。
以下是一些常见的金属空气电池种类：
锌空气电池（Zinc-air Battery）：这是最常见和广泛应用的金属空气电池。
它使用锌作为负极（阳极）材料，空气中的氧气作为正极（阴极）材料。
锌空气电池具有高能量密度和较长的工作寿命，常用于电动工具、通信设备和电子器件等领域。
铝空气电池（Aluminum-air Battery）：铝空气电池使用铝作为负极材料，空气中的氧气作为正极材料。
它具有高能量密度和较长的使用时间，适用于一次性电池和应急电源等领域。
锡空气电池（Tin-air Battery）：锡空气电池以锡作为负极材料，空气中的氧气作为正极材料。
它具有较高的能量密度和较长的使用寿命，但目前在商业应用中较为少见。
铅空气电池（Lead-air Battery）：铅空气电池使用铅作为负极材料，空气中的氧气作为正极材料。
它具有较高的能量密度，但由于重量较大，目前主要用于特定的应用，如电动车辆。
需要注意的是，金属空气电池一般为一次性电池，无法进行充电和放电循环。
它们通常用于需要高能量密度和长时间使用的应用场景，但在商业和消费领域中的应用相对有限。
目前，科学家和研究人员正在不断探索和改进金属空气电池技术，以提高其性能和可持续性。
金属空气电池基础知识科普
金属空气电池基础知识科普作为在新一代电子产品、电力交通和电能储存中应用前景广阔的能源设备，金属空气电池最突出的优点即其可以将高能量密度的金属负极与具备开放结构的活性空气正极材料相结合。
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。
从锂离子电池说起——金属空气电池原理我们以锂空气电池为例来看锂离子电池和锂空气电池有何区别。
在锂离子电池中，负极为碳，正极为不同过渡金属氧化物，如钴、锰、铁等。
二者均浸润于溶解有锂盐的电解液中。
充电时，锂离子从正极(阴极)移动到负极(阳极)多孔碳上，嵌入碳材料中，外部电流从负极流到正极(电子从正极移动到负极)，形成闭合回路;放电时，锂离子从负极脱嵌，回归正极，外部电流从正极流向负极(电子从负极移动到正极)。
最终电池的容量大小取决于有多少材料能够容纳锂离子，即由电极的体积与质量决定。
锂离子电池原理当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。
而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
此时正极发生的化学反应为：同样道理，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。
回到正极的锂离子越多，放电容量越高。
我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
此时负极发生的化学反应为：不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极→ 负极→ 正极的运动状态。
如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。
所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。
2024年金属空气电池市场前景分析
2024年金属空气电池市场前景分析引言金属空气电池是一种新兴的电池技术，其以金属和空气作为主要材料，能够提供高能量密度和长时间使用的优势。
金属空气电池具有广泛的应用潜力，不仅可以在电动车领域取得突破，还可以用于储能系统、移动设备和航空航天等领域。
本文旨在分析金属空气电池市场的前景。
金属空气电池市场的规模和增长趋势根据市场研究报告显示，金属空气电池市场在过去几年中呈现出快速增长的态势。
随着电动化趋势的兴起，金属空气电池逐渐受到广泛关注。
根据预测，金属空气电池市场规模有望在未来几年内达到XX亿美元，并保持持续增长。
1.电动车领域的应用推动市场增长–电动车市场的快速增长是金属空气电池市场的主要推动力。
随着环境意识的增强和政府对电动车的支持，电动车市场迎来了快速增长的时机。
金属空气电池作为一种高能量密度的电池技术，具有较长的续航里程，逐渐成为替代传统锂离子电池的重要选择。
2.储能系统和移动设备市场的应用潜力–金属空气电池不仅在电动车领域具有潜力，还可广泛应用于储能系统和移动设备领域。
大规模储能系统和便携式移动设备是现代社会中不可或缺的部分。
金属空气电池的高能量密度和长寿命特性，使其成为满足这些领域需求的良好选择。
3.技术改进推动市场发展–近年来，金属空气电池技术得到了长足的发展和改进。
电池的能量密度不断提高，寿命也在不断延长。
这些技术改进将进一步推动金属空气电池市场的发展。
市场挑战和风险金属空气电池市场的发展也面临一些挑战和风险，这些挑战需要被充分重视和解决。
1.金属空气电池的成本–目前，金属空气电池的成本相对较高，这限制了其在大规模商业应用中的推广。
降低金属空气电池的成本是一个重要的挑战，需要技术和产业链各个环节的合作。
2.电池的寿命和可循环性–金属空气电池的寿命和可循环性仍然需要改进。
长寿命和可循环性是大规模商业化应用的重要需求，因此需要进一步研究和技术创新。
3.市场竞争和替代技术–金属空气电池市场竞争激烈，不仅来自其他电池技术，还来自其他替代能源技术。
金属空气电池综述
金属空气电池是一种基于金属与空气（通常是氧气）反应来产生电能的电池。
它具有高能量密度、低成本和环境友好等特点，因此在能源存储和移动电源等领域受到了广泛关注。
金属空气电池的基本原理是通过金属与空气之间的氧化还原反应来产生电能。
电池的正极是金属（通常是锌、铝等）电极，负极是氧气电极。
在工作过程中，金属电极被氧化为金属离子，而氧气电极上的氧气与金属离子发生还原反应，从而释放出电子，并在电解质的传导下，形成电路完成电能转化。
金属空气电池的优点包括：高能量密度，因为氧气作为氧化剂的供应是从环境中获取的；相对较低的成本，因为金属电极材料相对廉价和普遍；无污染和环境友好，因为反应产物主要是金属离子和水。
此外，金属空气电池还具有较长的储存寿命和较低的自放电速率等优势。
然而，金属空气电池也存在一些挑战。
一个重要的问题是金属电极的腐蚀和堆积物的产生，这会降低电池性能和寿命。
此外，金属空气电池在放电过程中产生的氧气浓度损耗以及释放的碱性电解质也会对环境造成一定的影响。
为了解决这些问题，研究人员正在积极开展金属空气电池的改进和优化工作。
例如，采用新型材料作为电极，设计更高效的电解质体系，优化电池结构和工艺等方法被提出和研究。
这些努力有望进一步提高金属空气电池的性能和可持续性，推动其在能源领域的应用。
总之，金属空气电池作为一种具有潜力的能源存储技术，具有重要的应用前景。
通过持续的研发和创新，金属空气电池有望成为可再生能源储存和电动车辆等领域的重要技术，并为构建节能环保的社会做出积极贡献。
金属空气电池的研究进展与应用前景探讨
金属空气电池的研究进展与应用前景探讨一、引言金属空气电池是一种新型高能量密度的电池，其电化学反应基于金属颗粒和空气中的气体反应，具有能量密度高、环保、无污染、可重复使用、可持续发展等优点，被认为是未来绿色能源的发展方向之一。
本文将就金属空气电池的研究进展和应用前景进行探讨。
二、金属空气电池的基本原理金属空气电池底物主要是金属颗粒和空气中的气体，电池工作时，金属颗粒与空气中的氧气发生化学反应，释放出电子和氢离子，形成氧化物及其它化合物，并产生电能。
其基本反应式可以表示为：Me + O2 + 2H2O → Me(OH)2 + 2e- + 2OH-其中，Me表示金属；O2表示氧气；H2O表示水；Me (OH) 2表示对应金属的氢氧化物。
通过逆反应，可以对电池进行再生。
三、金属空气电池的研究进展目前，金属空气电池的研究主要集中在以下几个方面：1、金属空气电池的电极材料金属空气电池的电极材料主要包括阳极和阴极。
其中，阳极是金属颗粒，可以使用锌、铝、铁等金属；阴极材料一般采用铂、碳、氧化锌等材料。
此外，近年来，石墨烯等新型材料也被尝试用于金属空气电池的电极材料。
2、金属空气电池的反应机理金属空气电池的电化学反应机理至今尚未完全清楚。
一些研究进展表明，在金属空气电池中，金属衰减现象和氧还原过程是主要限制因素。
因此，深入研究金属空气电池的反应机理是提高其性能和稳定性的关键。
3、金属空气电池的性能与稳定性金属空气电池的性能和稳定性是影响其应用前景的重要因素。
当前主要研究方向包括增加电池的能量密度和电化学反应效率，降低电解质的阻抗和改善电池的循环寿命等。
四、金属空气电池的应用前景金属空气电池在移动电源、储能、新能源汽车等领域有着广泛的应用前景。
1、移动电源金属空气电池具有高能量密度、轻便的特点，可以应用于移动电源，在手机、笔记本电脑等移动设备中替代电滑板车，改善电源历史中的闪存现象，使使用更加便捷。
2、储能金属空气电池在储能方面也具有广泛的应用前景。
《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。
空气电池 氯化铝 铝-概述说明以及解释
空气电池氯化铝铝-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：空气电池是一种利用空气中的氧气作为氧化剂和铝作为还原剂的电池。
它是一种绿色、环保的电池技术，具有高能量密度、可持续使用和安全性高等优点。
氯化铝是一种无机化合物，化学式为AlCl3。
它具有很强的腐蚀性，在常温下为白色结晶固体。
氯化铝在化工工业、制药工业等领域有广泛的应用，如催化剂、脱水剂和电解质等方面。
铝是一种常见的金属元素，化学符号为Al，原子序数为13。
它具有轻质、良好的导电性和导热性等特点，在航空航天、汽车制造、建筑和包装等领域有广泛的应用。
本文将重点介绍空气电池、氯化铝和铝的原理、性质和应用领域，探讨它们之间的关系，以及对环境和能源的影响。
最后，展望空气电池技术、氯化铝和铝的未来发展前景。
通过本文的阐述，读者将更好地了解空气电池、氯化铝和铝这些重要的科技和材料，并认识到它们对于推动可持续发展和节能减排的重要作用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构部分旨在给读者呈现本文的整体框架和组织方式。
本文分为引言、正文和结论三个主要部分。
在引言部分中，我们将概述本文的主题，介绍空气电池、氯化铝和铝的基本概念，并明确本文的目的。
在正文部分，我们将详细探讨空气电池、氯化铝和铝的各个方面，包括它们的原理、优点、物理性质、化学性质和应用领域。
最后，结论部分将总结和归纳空气电池、氯化铝和铝之间的关系，分析它们对环境和能源的影响，并展望未来的发展前景。
通过这样的文章结构，我们希望读者能够全面了解空气电池、氯化铝和铝的相关知识，并对其在环境和能源领域的潜力有更深入的了解。
1.3 目的本文旨在探讨空气电池、氯化铝和铝的相关性，并分析它们对环境和能源的影响。
同时，本文还将研究它们的物理性质和化学性质，以及它们在不同领域中的应用。
通过对这些内容的研究，本文旨在为读者提供关于空气电池、氯化铝和铝的全面了解，并展望它们在未来的发展前景。
通过深入研究这些问题，我们将能够更好地理解这些材料的特性和用途，并为环境保护和可持续能源发展提供更多的解决方案。
金属空气电池
金属空气电池金属空气电池(MAB)是一类特殊的燃料电池,也是新一代绿色二次电池的代表之一,具有成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高等优点,既有丰富的资源,还能再生利用,而且比氢燃料电池结构简单,是很有发展和应用前景的新能源.介绍了金属空气电池的工作原理、结构和特点,以及目前各个重点研究电池的关键技术和工作进展,讨论了金属空气电池技术的发展和应用前景.金属空气电池种类随着科学技术的发展，金属空气电池已经发展出许多种类。
常见的有铝空气电池，锂空气电池，锌空气电池，铁空气电池等。
下面重点讲一下锌空气电池和锂空气电池。
锌空气电池锌空气电池（ zinc air battery），用活性碳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。
锌空气电池都充电过程进行得十分缓慢，为解决这一问题，通常锌空气电池锌空气电池的正极锌板或锌粒，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：化学方程式负极：Zn+2OHˉ=ZnO+H2O+2eˉ正极：0.5O2+H2O+2eˉ=2OHˉ总反应：Zn+0.5O2=ZnO谢在锌锰电池中用含铂的多孔性炭电极代替二氧化锰炭包，开发了锌空气干电池的技术。
电池类型主要有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，也采用氯锌空气电池[1]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（见图）；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。
《金属空气电池》课件
金属空气电池是当今最有前途的电池之一，它具有高能量密度，无污染，长 寿命等优点，具有极大的应用前景。
概述
定义
金属空气电池是指以金属及其氧化物或氢氧化物与空气中的氧反应，发生化学反应产生电， 实现能量转化的一种化学电源。
基本构造
金属空气电池主要由金属负极、氧气正极、电解质和隔膜等零部件组成，其中金属空气电池 的正极是氧气，而非传统电池的金属氧化物或二次电池的正极材料。
3
长寿命
由于反应过程没有副产物的生成，金属空气电池在一定条件下可以实现几乎无限的使 用寿命。
缺点
可充性差
金属空气电池的可充性较差， 需要在制造中进行优化才能实 现更好的和更加可靠的充电性 能。
开路电压相对较低
金属空气电池的开路电压相对 较低，限制了其在电动汽车等 领域的发展，而需要更好的电 压控制。
结语
金属空气电池作为电化学技术的一种应用，其广泛的应用前景和优越的性能对于推动新能源应用和可持 续发展有着重要意义。期待未来金属空气电池技术的更快发展和推广应用。
性能改进
改进金属空气电池的循环 效率和电压等性能，并减 少其成本，是当前研究的 重点之一。
应用案例
电动汽车
金属空气电池在电动汽车领域 具有重要应用价值，可以大幅 度提高电动汽车的续航里程， 促进电动汽车的发展。
储能系统
金属空气电池也可以被应用于 储能系统，帮助光伏发电等新 能源的储存和应用。
无人机ห้องสมุดไป่ตู้
循环效率不高
金属空气电池在循环效率上还 存在一些局限性，需要在电化 学储能机理等方面进行更加深 入的研究。
研究进展
新型金属空气电池
新型金属空气电池具有更 好的可充性和更好的耐久 性，能够提升金属空气电 池在电动汽车等领域的应 用价值。
金属空气电池 deeptech
金属空气电池 deeptech金属空气电池（Metal-Air Battery）是一种基于金属和空气反应产生电能的高能量密度电池。
它具有高能量密度、环保、可重复使用等优点，在许多领域具有广阔的应用前景。
本文将介绍金属空气电池的工作原理、应用领域以及目前的研究进展。
一、工作原理金属空气电池的工作原理是通过金属与空气中的氧气反应来产生电能。
典型的金属空气电池由一个金属阳极、一个空气阴极和一个电解质组成。
金属阳极通常采用锌、铝等金属，而空气阴极则利用空气中的氧气。
当金属阳极与空气阴极和电解质联系时，金属会与氧气发生氧化还原反应，从而释放出电子，形成电流。
这种反应的化学方程式可以表示为：金属（阳极）+ 氧气（阴极）→ 金属氧化物（阳极）+ 电子（电流）金属空气电池通常需要外部供应氧气，而不像其他电池需要储存氧气。
这使得金属空气电池具有较高的能量密度，因为它可以利用周围的氧气来产生电能。
二、应用领域金属空气电池具有高能量密度、长寿命、环保等特点，因此在许多领域有着广泛的应用前景。
1. 电动车辆：金属空气电池具有高能量密度和长续航里程的特点，可以作为电动车辆的动力源。
与目前市场上常见的锂离子电池相比，金属空气电池可以大幅提高电动车辆的续航里程，减少充电时间，提高运行效率。
2. 移动设备：金属空气电池也可以应用于移动设备，如智能手机、平板电脑等。
由于金属空气电池具有高能量密度，相对于锂离子电池来说，它可以提供更长的续航时间，减少用户的充电频率。
3. 电网储能：金属空气电池还可以用于电网储能系统。
电网储能可以平衡电网的供需差异，提供稳定的电力输出。
金属空气电池的高能量密度和长寿命使其成为一种理想的电网储能技术。
4. 军事应用：金属空气电池在军事领域也有广泛的应用。
由于其高能量密度和长寿命，金属空气电池可以为军事装备提供长时间的稳定电源。
例如，潜艇和无人机可以使用金属空气电池作为其主要动力源。
三、研究进展金属空气电池在能量密度、循环寿命和成本等方面仍存在一些挑战。
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。
金属空气电池的原理
金属空气电池的原理
金属空气电池是一种新型的电池，主要是利用金属和空气中的氧
气反应来产生电能。
该电池有很多特点，比如安全性好、续航里程长、环保等优点。
该电池的原理是将金属作为阳极，而将空气中的氧气作为阴极。
金属和氧气反应时，会产生电子和离子，离子通过电解质流动，形成
电场，产生电流。
这种反应也称为氧化还原反应。
在金属空气电池中，阳极常用铜、铝等金属，阴极则是由空气中
的氧气构成。
金属空气电池可以通过充电再生的方式进行重复利用，
使其具有很高的可持续性。
这也是该电池得以应用于电动汽车等领域
的原因之一。
此外，金属空气电池的安全性能非常优秀，因为其不用储存氢气
等易燃易爆物质，相比普通电池的安全性要高出很多。
同时，该电池
的续航里程也很长，这是因为空气中的氧气是无限的，而且其密度比
其他储能材料要大得多。
总之，金属空气电池是一种具有非常广泛应用前景的电池，其优
点显而易见。
未来随着技术的进一步提升，相信金属空气电池将会更
加普及，为人们的生活带来更多的便利和环保。
金属-空气电池有哪些及其原理
金属-空气电池具备倍率性能好、能量密度大、低碳可持续等优点，是一种半储能半燃料式电池，被认为是新一代的储能与转化装置。
著名学者于1868年研制出世界第一个金属-空气电池，现如今，已发展出多种金属-空气电池。
由于大多数金属-空气电池的正极反应以氧气参与为主（此外还有二氧化碳、氮气等），充放电过程基于正极区发生的氧气还原（ORR）和氧气析出（OER）反应，本篇仅列举这类示例。
常见金属-空气电池（图源：王焕锋，《金属空气电池双功能正极催化剂的制备及电化学性能研究》）锂-空气电池锂-空气电池的研究最早可以追溯至1976年，首次提出。
电池负极为金属锂，正极为具有合理孔结构带有ORR催化活性的复合材料，隔膜为玻璃纤维或者PP膜，电解液一般为1M的LiTFSI溶解在TEGDME或者DMSO。
放电时，负极锂失去电子变为Li+，Li+跨越隔膜后迁移至正极。
而正极侧在催化剂的协助下，氧气获得外电路电子发生ORR反应产生中间体离子O2−，Li+与O2−结合成LiO2，之后经过进一步电化学还原或者化学还原生成最终放电产物Li2O2。
充电时，Li2O2发生氧化反应生成LiO2-x后进一步被分解为Li+和O2，Li+迁移回到负极并重新生成金属锂。
锂-空气电池原理图（图源：王晓雪，《高比能锂氧气/锂二氧化碳电池正极关键问题及新型策略研究》）在整个电池的反应过程中，氧气是真正的正极反应物。
而作为锂氧气电池重要组分的多孔正极，其功能是承载活性材料，提供氧气和锂离子之间电化学反应的“气-液-固”三相界面及在充放电过程中作为ORR/OER过程的催化剂。
铝-空气电池早在19世纪，金属铝就在电池材料中使用了。
1960年，在燃料电池中研究了铝阳极在空气电池系统中的理论，并对其可行性进行了探讨。
1962年，在实验中研究了金属铝-空气电池。
之后，经过不断的发展，在1979年，使用海水作为铝-空气电池的电解液并在电动汽车上进行应用。
1990年起，各领域都有了铝-空气电池的身影，如在化学电源、电动汽车、水下潜艇方面的应用等。
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的催化剂。降低金属空气电池成本，完善电池构造技术，开发实用型金属空气电池，
解决金属空气电池在推广应用上存在的实际问题，进一步扩展其应用领域，是今后金
属电池的发展方向
几种主要金属空气电池的研究现状
（1）锌空气电池
• 锌空气电池
•
锌空气电池（ zinc air battery），用活性碳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
•
反应生成氧。产生的电子供应给导线。
(3) 铝-空气电池
• 铝-空气电池
•
铝-空气电池是以铝合金为负极、空气电极为正极、海水或食盐水为电解液构成的一种空气燃
料电池。由于铝既溶于酸又溶于碱，电阻率低，电化当量高（2.98Ah/g），电极电位-1.66V，成为
发展金属空气电池的首选材料。铝合金在电池放电时被不断消耗并生成Al(OH)3；正极是多孔性氧
固三相界面上进行的，电极内部能否形成尽可能多的有效三相界面将影响催化剂的利用率和电极的传质过程。在放
电过程中， 氧气在三相界面上被电化学催化还原为氢氧根离子，发生反应：
•
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
（1）
（2）负极（金属电极）
• 金属空气电池的理论能量密度只取决于负极。即燃料电极，这是电池中传递的惟一活性物质。金属阳极通常都要根 据具体的金属性质进行金属成分或形态的加工处理，以满足电池要求。目前负极主要研究的有铝或锌等金属合金。 以锌为例，放电时，锌在碱性溶液中发生反应
金属空气电池的工作原理
•
（1）正极（空气电极）
•
一个空气电极一般由三层组成：催化层，防水透气层以及用来增加电极机械强度的金属集流导电网。空气中的
氧在电极参加反应时，首先通过扩散溶入溶液，然后在液相中扩散，在电极表面进行化学吸附，最后在催化层进行
电化学还原。因此催化层的性能和催化剂的选择直接关系到空气电极的性能的好坏。而空气电极反应是在气、液、
性能及应用前景
• “锂空气电池”作为新一代大容量电池而备受瞩目。不过此前的锂空气电池存 在正极蓄积固体反应生成物，阻隔了电解液与空气的接触，导致停止放电等
问题。 负极(金属锂)采用有机电解液，正极方面则使用水性电解液，两极由 固体电解质隔开，以防止两电解液发生混合。由于固体电解质只通过锂离子 ，因此电池的反应可无阻碍地进行。正极的反应生成物具有水溶性，不产生
传统电池的理想更新换代产品。但目前大多数的金属空气电池都存在电极的腐蚀及自
放电现象，直接影响电极的电势。解决的办法应该从以下几个方面人手：① 选用合理
的电极材料和制造工艺（比如活泼电极的合金化、离子嵌人材料的选择等）；②电解
液的合理配置（金属电极的腐蚀与所处的体系环境有关，选择合适的电解质溶液可以
提高电极的活性。防止电极的钝化和腐蚀）；③氧空气电极活性的提高，需开发高效
（4）镁空气电池
• 镁锰电池 MnO2 Mg(ClO4)2或MgBr2
Mg+2MnO2+H2O=Mg(OH)2+Mn2O3
•
镁海水电池 AgCl CuCl 海水（含MgCl2和NaCl）
Mg+2AgCl=2Ag+MgCl2
•
Mg+2CuCl=2Cu+MgCl2
•
镁空气电池 空气电极 Mg(ClO4)2或MgBr2或NaCl
极、提高电池性能。目前应用的氢抑制剂有锡酸盐、二硫代缩二尿和季铵盐等单一抑
制剂，或是几种成分构成的复合型抑制剂。对AZ31镁合金负极，采用季铵盐和锡酸盐
的复合抑制剂可使阳极效率达到90%以上，比未添加抑制剂时提高13%，电池电压升
高5%。
•
三、负极材料的研究现状
•
由于镁的电极电势较低，化学活性较高，在大多数电解质溶液中溶解速度快，产
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。
• 充电过程
•
锌空气电池都充电过程进行得十分缓慢，为解决这一问题，通常锌空气电池的正极锌板或锌粒，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：
可减小极化而提供更大的电流。酸和碱都是比较好的缓冲溶液，因此最令人满意的空气电极均采用高浓度的碱性或
酸性电解液。碱性和酸性电解液均有缺点，碱性电解液会被空气中的二氧化碳污染，酸性电解液会与低廉的催化剂
作用使之腐蚀，同时也腐蚀用于空气电极的集流体。实用上一般还能容许碱性电解液的缺点。有些金属一空气体系
• 化学方程式
•
负极：Zn+2OHˉ=ZnO+H2O+2eˉ
Zn+0.5O2=ZnO
正极：0.5O2+H2O+2eˉ=2OHˉ
总反应：
•
谢在锌锰电池中用含铂的多孔性炭电极代替二氧化锰炭包，开发了锌空气干电池的技术。
• 电池类型
• 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 （见图）；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。使用时注入氢氧化钾溶液。这种电池便于携带。低功率锌空气湿电池和高功率锌空气电池属于临时激活型，活性 炭电极能反复使用，因而电池在耗尽电荷量以后，只要更换锌电极和碱液，就可重复使用。
电极，跟氢氧燃料电池的氧电极相同；电池放电时，从外界进人电极的氧（空气）发生电化学反应
，生成OH-；电解液可分为两种：一种为中性溶液（NaCl或 NH4Cl水溶液或海水），另一种是碱性
溶液。氧电极主要由防水透气层、导电网、催化层3 部分组成。
•
铝-空气电池目前所需要的关键技术有以下4 点：
•
（1）电解液中铝氧化膜的生成会导致铝电极电位升高，而氧化膜的破坏又会导致大量析氢，
• 锌空气电池
•
原理 锌空气电池的电化学反应如下：
•
在中性溶液中： 2Zn+4NH4Cl+O2→2Zn(NH3)2Cl2+2H2O
•
在碱性溶液中： 2Zn+2NaOH+O2→2NaHZnO2
•
性能特征和用途 锌空气电池的电压为1.4V左右，放电电流受活性炭电极吸附氧及扩散速度的制约。每一型号的电池有其最佳使用电
采用近乎中性的含水电解液，如氯化钠或碳酸钾，但它们只限于低电流密度使用。
锂空气电池
• 电池的构造 • 化学原理 • 锂空气电池使用及性能
电池的构造
• 电池通过放电反应生成的不是固体氧化锂（Li2O），而是 易溶于水性电解液的氢氧化锂（LiOH），这样就不会引 起空气极的碳孔堵塞。另外，由于水和氮等无法通过固体 电解质隔膜，因此不存在和负极的锂金属发生反应的危险
• 成氢氧根离子（OH-）。在正极的水性电解液中与锂离子（Li+）结合生成
• 水溶性的氢氧化锂（LiOH）。
• 充电时电极反应如下:
•
（1）负极反应（Li++e-→Li）
•
通过导线供应电子，锂离子（Li+）由正极的水性电解液穿过固体电解
• 质到达负极表面，在负极表面发生反应生成金属锂。
•
（2）正极反应（4OH-→O2+2H2O+4e-）
难以使溶解停止，使电池失效。
•
（2）如何选用其他廉价材料来制造适合的电极形状，以减小铝电极的腐蚀率，增大电池功率
和放电密度。
•
（3）电解液的活性控制及循环利用。
•
（4）选用合适的电极催化剂来提高电极反应的效率。
• 电极材料是以Al-Ca、Al-In、Al-Ca-In合金为基质，再辅以铅、铋、锡、锌、镁、镉、锰等元素形 成的负极材料系列。适合的电池形状可以减小铝电极的腐蚀率，增大电池功率和放电密度。研究的 电极形状已经有多种，如平面形、楔形、圆柱形等。当电解液是盐溶液时，电池放电产物会成凝胶 状，增大电池电阻，降低电池效率。目前使用的电解液有碱性溶液、中性溶液及常温熔盐溶液等。 氧电极的工作电流密度已达650mA/cm2，其寿命也由过去的20次提高到3000次以上，并且提高了 系统输出功率。氧电极催化剂的研究主要集中在贵金属催化剂、金属复合氧化物催化剂（尖晶石型 、烧绿石型、钙钦矿型）、过渡金属碳基化合物和有机催化剂等方面。MnO2催化剂与上述催化剂 相比，最大的优势在于价格低廉，具有非常广阔的应用前景。
金属空气电池的简介及发展前景
金属空气电池(MAB)是一类特殊的燃料电池,也是新一代绿色二次电池的代表之一,
具有成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高等优点,既有丰富的资源,还能再生利
用,而且比氢燃料电池结构简单,是很有发展和应用前景的新能源。
金属空气电池作为一种高性能的新兴绿色能源，有着优良的性能价格比，是替代
中，市场上还买不到。
• 原理
•
放电时电极反应如下:
• （1）负极反应（Li→Li++e-）
金属锂以锂离子（Li+）的形式溶于有机电解液，电子供应给导线。溶解
的锂离子（Li+）穿过固体电解质移到正极的水性电解液中。
• （2）正极反应（O2+2H2O+4e-→4OH-）
•
通过导线供应电子，空气中的氧气和水在微细化碳表面发生反应后生
生大量氢气导致负极利用率低；另外由于有害杂质存在，易发生微观原电池腐蚀反应，