锌空气电池ppt课件
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锌负极电池全解
（2）吸水性强（3）抗拉力大
目前常用的是电缆纸，其主要缺点是吸水性差。为
解决该问题，常在上面涂上一层高分子材料，如聚
乙烯醇（P.V.A)、羧甲基纤维素(C.M.C)、甲基纤维 素（M.C)、海藻胶等。现将海藻胶纸板的制作简介 如下：
水 海藻胶粉 甲醛 水 乳成CMC糊 .C.M.C 乳成胶糊 配成海胶糊 电缆纸 电解液 浸电解液 裁纸 海胶纸 喷制海胶纸
ZnO：0.37%，
面粉： 4.14%， H2O：48.53%，
2MnO2 2e 2NH4 Mn2O3 2NH3 H2O 锌锰碱性电池：
锌银电池：
2 AgO H2O Ag2O 2OH
锌空气电池：
Ag2O H2O 2 Ag 2OH
O2 2H2O 4OH
所有锌负极电池的标称电压均为1.5V，具体电压略 有偏差
1.2.1.e 电解液的配制工艺
加H 2O 加锌皮 ZnCl 约50%ZnCl2溶液 纯化的ZnCl 溶液 加热 2 （测d 换算成50%）
加H 2O，NH 4Cl 调PH 5 加淀粉 1 #电液 过滤 白浆 净化
2 电液 过滤 清浆
白浆：1#电液65.55%，土豆粉27.53%，面粉6.92%
清浆：2#电液93.85%，土豆粉0.47%，
比重1.209（20℃ ）的Cr2(SO4)3溶液4.04%， OP(10%)水溶液 1.17%，HgCl2 0.4%
电糊：白浆60%，清浆40% 电糊中各组分的含量： NH4Cl：16.5% ， ZnCl2：13.16%，
美国在1890年开始生产了这种电池。之后又经过
不断的改进，发展到目前的干电池。干电池主要
新能源材料-金属空气电池ppt课件
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 。
7.2 空气电极
空气电池的正极活性物质是空气中的氧气，电池的 电化学反应是发生在空气电极和电解液形成的固液气三 相界面，所以它的电化学反应速度受到氧气从空气中扩 散进来的速度以及在界面的反应活性所控制。因而要提 高空气电池的放电电流密度，可以从两方面进行考虑： 一是提高空气电极的空气扩散能力，即提高透气性；二 是提高固液气三相界面的电化学反应活性。而提高固液 气三相界面的电化学反应活性，一般是通过选用催化性 能优异的催化材料来实现。
锌空气电池特点
①常温、常压下即可操作，不需外在的压力平衡设计； ②目前锌空气燃料电池单位重量的实际能量已达到了230W·h/kg，几乎是 铅酸蓄电池的8倍，已超过现有的镍氢电池及锂离子电池，且未来还有很 大的发展空间； ③自放电率低，若置于密闭空间中，放电率几乎为零； ④重量小、体积小、容量大，系统结构简单； ⑤锌空气燃料电池也具有良好的环保性，当其产生电能后，产物主要有两 种，即水汽与氧化锌，这些物质经处理后皆可再使用，属于零污染； ⑥锌空气燃料电池所需的反应物主要有锌和空气，皆属低成本物质，故锌 空气燃料电池的经济性毋庸置疑； ⑦能在宽广的温度范围内正常工作且无腐蚀，工作安全可靠； ⑧锌空气燃料电池的应用层面很广，例如3C产品、电动车辆或区域发电 机。 锌空气电池具有上述高比能量的优点，但是其比功率较小(90W/kg)，不能 存贮再生制动的能量，寿命较短，不能输出大电流及难以充电等缺点。一 般为了弥补其不足，使用锌空气电池的电动汽车还会装有其他电池以帮助 起动和加速。
重金属冶金学-锌冶金-课件ppt.ppt
图3-8为锌焙砂浸出的一般流程。浸出过程分为中性浸 出、酸性浸出和ZnO粉浸出。中性浸出过程中为了使铁和 砷、锑等杂质进入浸出渣，终点pH值控制在5.0~5.2左右。 此时浸出渣中有大量的锌焙砂存在(含锌20％左右) ，所以 中性浸出渣必须进行酸性浸出。图3-9为中浸渣部分热酸 浸出流程。
图3-8 锌焙砂浸出一般流程图
硫化锌精矿的焙烧大都采用沸腾炉焙烧，有的还采用 多膛炉焙烧或悬浮焙烧。沸腾炉焙烧是在焙烧过程中使空 气自下而上地吹过固体炉料层，使固体颗粒相互分离，不 停地翻动，有效地进行硫化物氧化反应的强化焙烧过程。 沸腾炉所用设备简单，易于实现自动化控制。沸腾焙烧的 应用是在1944年开始，首先用于硫铁矿的焙烧，1952年才 应用到炼锌工业中。我国于1957年末建成第一座工业沸腾 焙烧炉并投入生产，且在后来新建的炼锌厂都采用了沸腾 焙烧。
1673K时显著升华。ZnO可被C、CO和H2还原，其中被 CO还原的反应在1073K下十分激烈：
ZnO + CO = Zn(g) + CO2 在823K以上，与Fe2O3形成铁酸锌。 3. ZnSO4
无天然矿物。易溶于水，比重为3.474，受热分解， 在1123K左右温度下分解压达到10132.5Pa，
3.1.4 炼锌原料
锌矿物的种类： 较常见的有：闪锌矿(ZnS)；磁闪锌矿(nZnSmFeS)； 菱锌矿(ZnCO3)；硅锌矿(Zn2SiO4)；异极矿(ZnSiO4·H2O) 等。 自然界中较多的为硫化矿。锌的单金属硫化物非常少 见，多与铜铅共生。其中最常见的有铅锌矿，其次为锌铜 矿和铜铅锌矿。
图3-6 锌精矿流态化酸化焙烧流程图
图3-7 高温氧化流态化焙烧工艺流程图
3.3 湿法炼锌
湿法炼锌包括焙烧、浸出、净液、电解和熔铸5个工序。
图3-8 锌焙砂浸出一般流程图
硫化锌精矿的焙烧大都采用沸腾炉焙烧，有的还采用 多膛炉焙烧或悬浮焙烧。沸腾炉焙烧是在焙烧过程中使空 气自下而上地吹过固体炉料层，使固体颗粒相互分离，不 停地翻动，有效地进行硫化物氧化反应的强化焙烧过程。 沸腾炉所用设备简单，易于实现自动化控制。沸腾焙烧的 应用是在1944年开始，首先用于硫铁矿的焙烧，1952年才 应用到炼锌工业中。我国于1957年末建成第一座工业沸腾 焙烧炉并投入生产，且在后来新建的炼锌厂都采用了沸腾 焙烧。
1673K时显著升华。ZnO可被C、CO和H2还原，其中被 CO还原的反应在1073K下十分激烈：
ZnO + CO = Zn(g) + CO2 在823K以上，与Fe2O3形成铁酸锌。 3. ZnSO4
无天然矿物。易溶于水，比重为3.474，受热分解， 在1123K左右温度下分解压达到10132.5Pa，
3.1.4 炼锌原料
锌矿物的种类： 较常见的有：闪锌矿(ZnS)；磁闪锌矿(nZnSmFeS)； 菱锌矿(ZnCO3)；硅锌矿(Zn2SiO4)；异极矿(ZnSiO4·H2O) 等。 自然界中较多的为硫化矿。锌的单金属硫化物非常少 见，多与铜铅共生。其中最常见的有铅锌矿，其次为锌铜 矿和铜铅锌矿。
图3-6 锌精矿流态化酸化焙烧流程图
图3-7 高温氧化流态化焙烧工艺流程图
3.3 湿法炼锌
湿法炼锌包括焙烧、浸出、净液、电解和熔铸5个工序。
锌空气电池
有時電池內會多放入一些小量的氧化汞，其目在防止於電池壽命末期有氫氣釋出之虞。 因汞對環境的汙染，所以後來的鈕扣電池的陰極由氧化銀（silver(I) oxide）來替代氧化汞， 其電池反應式如下： Zn + Ag2O → ZnO + 2Ag (電解質：NaOH或KOH) 銀電池（silver oxide battery 或 silver–zinc battery）放電所產生的電壓約為1.5伏特。因體積小，輕便，放電穩定， 可長時間使用，且可存放一段長時間。因此常用於細小的儀器上，如石英錶，計算機，助 聽器…等。
使用同型號、同電量的電池當用多於一枚電池時，應使用同型號，甚至同 牌子的電池；新舊電池應避免混在一起使用。否則會增加漏出電解液的風險。 不使用時需另作存放當用不使用用電池的裝置時，應把電池取出，另作存放， 避免存放過久而電解液漏出時損壞用電池的裝置。1996年前生產的鹼性電池 可能含有微量水銀，現在的鹼性電池已能做到不含水銀。在一些地區可以隨 意棄置鹼性電池，也有些地區不可。由於鹼性電池多是一次性使用，所以相 對新一代的蓄電池（例如鎳氫電池）較不環保。
化學電池基本原理
放電 Discharge
陰極、正極 (Cathodes)
電解質 electrolytes
陽極、負極 Anodes
I
離子導體
← M+
還原 M++e-→ M
氧化 M → M++e-
e-
負載 (Load)
Zn-Cu電池
電池的歷史
電池的發現主要歸於1800年左右，1791年 Alessandro Volta 發現將鋅片和銀片藉由浸泡海水
型號
KODAK 鹼性電池規格 電壓: 1.5 伏，使用溫度範圍-20°C to +54°C
使用同型號、同電量的電池當用多於一枚電池時，應使用同型號，甚至同 牌子的電池；新舊電池應避免混在一起使用。否則會增加漏出電解液的風險。 不使用時需另作存放當用不使用用電池的裝置時，應把電池取出，另作存放， 避免存放過久而電解液漏出時損壞用電池的裝置。1996年前生產的鹼性電池 可能含有微量水銀，現在的鹼性電池已能做到不含水銀。在一些地區可以隨 意棄置鹼性電池，也有些地區不可。由於鹼性電池多是一次性使用，所以相 對新一代的蓄電池（例如鎳氫電池）較不環保。
化學電池基本原理
放電 Discharge
陰極、正極 (Cathodes)
電解質 electrolytes
陽極、負極 Anodes
I
離子導體
← M+
還原 M++e-→ M
氧化 M → M++e-
e-
負載 (Load)
Zn-Cu電池
電池的歷史
電池的發現主要歸於1800年左右，1791年 Alessandro Volta 發現將鋅片和銀片藉由浸泡海水
型號
KODAK 鹼性電池規格 電壓: 1.5 伏，使用溫度範圍-20°C to +54°C
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
锌空气电池充放电反应过程
锌空气电池充放电反应过程锌空气电池是一种新型的电池技术，它利用锌和空气之间的化学反应来产生电能。
在充放电过程中，锌空气电池经历了一系列复杂的化学反应，从而实现能量的转化和储存。
在充电过程中，锌空气电池中的正极是空气电极，负极是锌电极。
当电池接通外部电源进行充电时，空气电极会吸收氧气，同时锌电极上的锌物质会发生氧化反应，生成锌离子。
这些锌离子会在电解质溶液中游离，并向空气电极迁移。
在空气电极上，锌离子与氧气发生还原反应，生成氢氧化锌，释放出电子。
这些电子通过外部电路流动到负极，完成电池充电的过程。
在放电过程中，锌空气电池中的正负极反应方向发生变化。
当电池不再接通外部电源，开始给外部电路供电时，空气电极上的氧气和锌离子发生氧化反应，生成氧化物和锌。
同时，负极上的锌与氢氧化物反应，生成氢氧化锌和释放出电子。
这些电子通过外部电路流动到空气电极，与氧气发生还原反应，从而完成电池放电的过程。
通过锌空气电池的充放电反应过程，我们可以看到其中涉及了氧化还原反应、离子迁移和电子传导等多种化学过程。
这些反应相互配合，使得锌空气电池能够高效地将化学能转化为电能，并实现能量的储存和释放。
锌空气电池作为一种环保、高效的电池技术，具有很大的应用前景。
它不仅可以用于传统电池无法覆盖的领域，如电动车、储能系统等，还可以为可再生能源的发展提供有效支持。
因此，锌空气电池的研究和应用具有重要意义，有望在未来能够为人类社会的可持续发展做出贡献。
总的来说，锌空气电池的充放电反应过程是一个复杂而精密的化学过程，通过控制和优化这些反应，可以实现电池的高效运行和长周期稳定工作。
相信随着科学技术的不断发展，锌空气电池将会在未来的能源领域展现出更加广阔的应用前景。
锌空气电池原理
锌空气电池原理
锌空气电池是一种新型的电池技术，它利用了空气中的氧气与金属锌之间的化学反应来产生电能。
这种电池具有高能量密度、低成本、环保等优点，因此备受关注。
下面我们将详细介绍锌空气电池的工作原理。
首先，让我们来了解一下锌空气电池的结构。
锌空气电池由阳极、阴极和电解质三部分组成。
其中，阳极通常采用锌金属，阴极则是氧气，而电解质则是一种能够传导离子的物质。
当锌空气电池工作时，锌金属将与空气中的氧气发生化学反应，从而产生电能。
在锌空气电池中，锌金属作为阳极，氧气作为阴极，它们之间的化学反应是锌金属氧化产生电子，并释放出锌离子，同时空气中的氧气接受电子和锌离子，生成氢氧化锌。
这一过程中释放出的电子在外部电路中流动，产生电能，从而驱动电子设备的工作。
在工作过程中，锌空气电池会不断地消耗锌金属和氧气，产生氢氧化锌。
因此，锌空气电池在使用过程中需要不断地补充新的锌金属和氧气，以维持其正常的工作。
锌空气电池的工作原理可以用一个简单的化学反应方程式来表示，Zn + 2OH= Zn(OH)2 + 2e-。
在这个方程中，Zn代表锌金属，OH-代表氢氧根离子，Zn(OH)2代表氢氧化锌，e-代表电子。
这个方程清晰地展示了锌金属氧化产生电子的过程。
总的来说，锌空气电池的工作原理是利用锌金属与空气中的氧气之间的化学反应来产生电能。
这种电池技术具有许多优点，例如高能量密度、低成本、环保等，因此在电动车、储能系统等领域有着广阔的应用前景。
希望通过本文的介绍，读者对锌空气电池的工作原理有了更深入的了解。
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。
电化学原理第四版李荻课件
THANKS
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05
CHAPTER
超级电容器技术与应用
利用电极与电解质界面形成的双电层或电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量。
基本原理
充电速度快、功率密度高、循环寿命长、温度范围宽、绿色环保等。
特点
优点
能量密度高、充放电速度快等。
工作原理
通过电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量，电极材料通常采用金属氧化物或导电聚合物。
充电过程
正极板上的二氧化铅和负极板上的铅在电解液的作用下，分别生成硫酸铅和水，同时有电子在外电路中流动，形成充电电流。
放电过程
硫酸铅和水在正极板和负极板上分别还原成二氧化铅和铅，同时有电子在外电路中流动，形成放电电流。
镍镉电池
01
以氢氧化镍作为正极，氢氧化镉作为负极的一种碱性蓄电池。具有大电流放电特性好、耐过充和过度放电等优点，但存在记忆效应和环保问题。
在放电过程中，铝阳极与水和电解质中的氢氧根离子发生反应生成氢氧化铝和氢气，同时释放出电子产生电流；空气中的氧气在阴极接受电子被还原成氢氧根离子。充电时，逆向反应进行，氢氧化铝得电子被还原成铝沉积在阳极上。
优缺点
铝空气电池具有高的理论比能量、低成本和环境友好等优点；但是存在铝阳极自腐蚀、氢氧化铝沉积等问题导致电池性能衰减。
铂、钯等贵金属具有良好的催化活性和稳定性，广泛应用于燃料电池、有机合成等领域。
铂族金属催化剂
通过合金化可以改善贵金属的催化性能和降低成本，如铂钌合金、铂铑合金等。
贵金属合金催化剂
纳米级贵金属催化剂具有高比表面积和优异的催化活性，应用于电催化、光催化等领域。
贵金属纳米催化剂
03
非贵金属氮化物催化剂
课题二 新能源汽车动力电池 ppt课件
三、电池的性能参数
1. 电压(V)
电池电压参数包括电动势、开路电压、工作电压、额定电压和截止电压等。 电动势：电池正负极之间的平衡电极电位差。 开路电压：电池在开路时的端电压，等于正极电位与负极电位之差。 工作电压：分为放电电压和充电电压。 额定电压：电池在标准规定的条件下工作时应达到的电压，可作为验收电池 质量和电池选用的依据。 截止电压：分为放电截止电压和充电截止电压。
技能要求
1.能够描述各电池的机构组成； 2.能够描述各电池的工作原理； 3.能够分析各电池的放电特性。
任务一 电池概述
一、电池的分类
化学电池常见的分类方法有三种： ①按电解液种类分类。 ②按电池所用正、负极材料的不同。 ③按工作性质和储存方式的不同。
二、电池的工作原理
电池基本工作原理如图2-3所示。
任务三 锂电池
一、锂电池简介
1. 锂金属电池
锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的 电池。
2. 锂离子电池
锂离子电池指的是以两种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合 物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。
二、锂电池的结构
锂离子电池的结构如图2-13所示。
三、锂离子电池的工作原理
四、镍氢电池的正极材料
镍氢电池的正极以质量轻、孔隙率高的泡沫镍作为电极基体，起导电和电 极骨架的作用，泡沫镍的使用可增加电池容量。
泡沫镍基体的要求： ①为增加活性物质填充量，要求有足够高的孔隙率。 ②有合理的孔隙结构。 ③有足够的强度，好的延伸率，良好的反复弯曲性能。 ④有大的比表面积，质量分布均匀，以利于基体与活性物质颗粒的接触和 电极反应的进行。 ⑤良好指充满电的电池在指定的条件下放电到终止电压时输出的电量。
几种常见电池ppt课件
FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2. 画出原电池的表示图 并写出电极反响式.
负极〔铜〕： Cu－2e－=Cu2+ 正极〔石墨〕：
Cu
石墨
2Fe3+ + 2e－=3Fe2+
FeCl3溶液
探求实验
按以下图所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜 片的CuSO4溶液分别经过导线与电流计衔接，有什么景 象?
负极(Zn):Zn-2e-＝Zn2+ 正极(C):2NH4+ + 2e-＝2NH3+H2
H2 + 2MnO2 ＝ Mn2O3+H2O 去氢 总反响 ：Zn +2NH4+ 2MnO2 ＝ Mn2O3+2H2O+2NH3
+Zn2+
拓 展Ⅲ.高能电池(银锌电池、锂电池) 创
新银锌电池
电极: Zn为负极，Ag2O为正极 电解液: KOH溶液 电极反响式:
电流计指针不偏转，且 铜片和铁片上均无明显 景象〔即:无电子定向 挪动〕
Zn A
Cu
ZnSO4 CuSO4
上述安装构成了原电池吗？为什么？
探求实验
盐桥：在U形管中装满用饱和 KCl溶液和琼胶作成的冻胶。
(1)在探求实验的安装中架上盐桥连通,看
有什么景象？
Zn A
Cu
电流计指针偏转， 有电流经过电路， 是原电池安装;
使Zn盐和Cu盐溶液不断坚持电中性，从而使 电子不断从Zn极流向Cu极。
此安装优点：能稳定长时间放电
课堂练习
1、依探求实验的原理，按以下反响设计一个能继 续产生电流的原电池安装，画出安装图。
Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
负极〔铜〕： Cu－2e－=Cu2+ 正极〔石墨〕：
Cu
石墨
2Fe3+ + 2e－=3Fe2+
FeCl3溶液
探求实验
按以下图所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜 片的CuSO4溶液分别经过导线与电流计衔接，有什么景 象?
负极(Zn):Zn-2e-＝Zn2+ 正极(C):2NH4+ + 2e-＝2NH3+H2
H2 + 2MnO2 ＝ Mn2O3+H2O 去氢 总反响 ：Zn +2NH4+ 2MnO2 ＝ Mn2O3+2H2O+2NH3
+Zn2+
拓 展Ⅲ.高能电池(银锌电池、锂电池) 创
新银锌电池
电极: Zn为负极，Ag2O为正极 电解液: KOH溶液 电极反响式:
电流计指针不偏转，且 铜片和铁片上均无明显 景象〔即:无电子定向 挪动〕
Zn A
Cu
ZnSO4 CuSO4
上述安装构成了原电池吗？为什么？
探求实验
盐桥：在U形管中装满用饱和 KCl溶液和琼胶作成的冻胶。
(1)在探求实验的安装中架上盐桥连通,看
有什么景象？
Zn A
Cu
电流计指针偏转， 有电流经过电路， 是原电池安装;
使Zn盐和Cu盐溶液不断坚持电中性，从而使 电子不断从Zn极流向Cu极。
此安装优点：能稳定长时间放电
课堂练习
1、依探求实验的原理，按以下反响设计一个能继 续产生电流的原电池安装，画出安装图。
Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag
锌空气电池结构和原理
锌空气电池的分类
02
二、锌空气电池的分类
直接再充式锌空气电池
直接再充式锌空气电池容易出现电 极变形、枝晶生长、自腐蚀及钝化等现 象，导致电极失效。因此，直接再充式 锌空气电池的应用受到了一定的限制。
二、锌空气电池的分类
机械充电式锌空气电池
机械式充电是指在电池完全放电后，将电池中 用过的锌电极取出，换入新的锌电极，或者将整个 电池组进行完全更换，整个过程控制在较短的时间 内(3～5min)。使用过的锌电极或锌空气电池可在 专门锌回收利用厂进行回收再加工，实现绿色环保 无污染生产。
二、锌空气电池的分类
注入式锌空气电池
注入式锌空气电池是将配制好的锌膏源源不断 地通过挤压或压力输送 送入电池内，同时将反应完 毕的混合物抽取到电池外，这样在电动车辆上应用 时，电池系统只需携带盛放锌膏的燃料罐，燃料罐 加注足够的锌膏燃料就可实现车辆的连续行驶。
锌空气电池的优点
03
三、锌空气电池的优点
锌空气电池应用中
04
存在的问题
四、锌空气电池应用中存在的问题
防止电解液中水分的蒸发或电解液的吸潮
。
(1 ）
解决电池的发热和温 (6 ） 升问题。
(2 ）避免锌电极的直接氧化 。
控制电解液的碳酸化 (5 ） 。
(4 ）
(3 ）防止锌枝晶的生长。
提高空气电极催化剂活性 。
感谢聆听
锌空气电池结构原理
目录
01 锌空气电池的原理 02 锌空气电池的分类 03 锌空气电池的优点 04 锌空气电池应用中
存在的问题
锌空气电池的原理
01
一、锌空气电池的原理
锌空气电池结构
氧气经多孔电极扩散层扩散到 达催化层，在催化剂微团表面的三 相界面处与水发生反应，吸收电子 ，生成OH-，阳极的锌与电解液中 的OH-发生电化学反应，生成ZnO 和H2O，并释放出电子，电子被集 电层收集起来，在外电路中产生电 流。
锌空气电池简介
13
锌空气电池的应用·
1、锌空气电池应用于助听器中 2、用于从前使用水银电池的电影摄像机 型电源。 3、锌空电池主要用于航标灯，也可用作 铁路信号、公路信号、地震测量仪、导 航机、通信机、战时医疗手术照明等， 可取代普通的中性和碱性干电池； 4、作备用电源代替笨重的铅酸蓄电池。 如单体300安时圆柱型锌空电池，其重 量仅为0.75Kg，而同样的铅蓄电池的重 量则大于8Kg； 5、在没有工业电的地方如野外、山区、 林区、海上用作电源； 6、作军用电源和电站调峰用。锌空电池 除可用于步兵随身携带电源外，还可用 作潜艇潜入水下的动力电源，代替目前 所使用的铅蓄电池，以提高潜艇速 度。
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。
锌空气电池的应用·
1、锌空气电池应用于助听器中 2、用于从前使用水银电池的电影摄像机 型电源。 3、锌空电池主要用于航标灯，也可用作 铁路信号、公路信号、地震测量仪、导 航机、通信机、战时医疗手术照明等， 可取代普通的中性和碱性干电池； 4、作备用电源代替笨重的铅酸蓄电池。 如单体300安时圆柱型锌空电池，其重 量仅为0.75Kg，而同样的铅蓄电池的重 量则大于8Kg； 5、在没有工业电的地方如野外、山区、 林区、海上用作电源； 6、作军用电源和电站调峰用。锌空电池 除可用于步兵随身携带电源外，还可用 作潜艇潜入水下的动力电源，代替目前 所使用的铅蓄电池，以提高潜艇速 度。
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。
锌空气电池
近年来，在开发低成本催化剂，例如，钙钛矿 （La1-xCaxCoO3）、尖晶石（Co3O4和NiCo2O4）、 烧绿石（Pb2Ru2Pb1-xO1-y和Pb2Ru2O6.5）、其它 氧化物（Na0.8Pt3O4）和以钴为添加剂的热解大环 化合物方面，取得了重大进展。 以钙钛矿、尖晶石和烧绿石形式存在的金属氧 化物，对氧还原的催化活性优于贵金属。 负极材料： 树枝状Zn粉。
(3)水蒸气迁移对使用寿命的影响
当电解质蒸气压和周围环境之间存在分压差时就产生水蒸气
迁移。如前所述，采用典型电解质的电池，电解质由30%浓
度氢氧化钾组成，在室温下，当湿度低于60% 时会损失水分， 而在60 % 以上的湿度下会增加水分。 水分过分减少会增大电解质的浓度，并且因为维持放电反应 的电解质不足，最后会使电池失效。
水分过分增加会稀释电解质， 也会降低电导率。
此外，空气正极的催化剂层在水分持续增加的情况下会淹没， 降低电化学活性，最后使电池失效。
五、锌空气燃料电池
1.组成原理
组成：
(–) Zn|KOH|空气(+)
负极为金属Zn粒、 Zn粉或Zn片； 正极为空气中的氧；
电解液为循环KOH溶液。
原理： （－）阳 （＋）阴 极： Zn＋2OHˉ＝ZnO＋H2O＋2e极： 1/2O2＋H2O＋2e-＝2OHˉ
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。
新能源汽车动力电池结构与检修课件-2-4其他类型动力电池的原理及应用-020-087
12
《新能源汽车动力电池系统检测与维修》
二、超高速飞轮的结构原理与应用
2、典型的飞轮储能电池结构
飞轮电池主要由以下几部分组成：复合材料飞轮、集成的发电机/电动机、支撑 轴承、电力电子及其控制系统、真空腔、辅助轴承和事故屏蔽容器。
13
《新能源汽车动力电池系统检测与维修》
二、超高速飞轮的结构原理与应用
5
《新能源汽车动力电池系统检测与维修》
一、锌空气电池的原理与应用
2、锌空气电池的分类
根据其充电的方式，以及在电动车辆应用的特点可分为三类：直接再充式锌空 气电池、机械充电式锌空气电池以及注入式锌空气电池。 （1）直接再充式锌空气电池容易出现电极变形、枝晶生长、自腐蚀及钝化等现 象，导致电极失效。因此，直接再充式锌空气电池的应用受到了一定的限制。 （2）机械式充电是指在电池完全放电后，将电池中用过的锌电极取出，换入新 的锌电极，或者将整个电池组进行完全更换，整个过程控制在较短的时间内(3～ 5min)。使用过的锌电极或锌空气电池可在专门锌回收利用厂进行回收再加工， 实现绿色环保无污染生产。 （3)注入式锌空气电池是将配制好的锌膏源源不断地通过挤压或压力输送送入电 池内，同时将反应完毕的混合物抽取到电池外，这样在电动车辆上应用时，电池 系统只需携带盛放锌膏的燃料罐，燃料罐加注足够的锌膏燃料就可实现车辆的连 续行驶。
《新能源汽车动力电池系统检测与维修》
二、超高速飞轮的结构原理与应用
5、飞轮电池的应用案例
1987年，德国开发了飞轮电池 混合动力汽车，利用飞轮电池 吸收90%的制动能量，并在需 要短时加速等工况下输出电能 补充内燃机功率的不足。
1992年，美国飞轮系统公司(AFS)采用纤维 复合材料制造飞轮，并开发了飞轮电池电 动汽车，该车一次充电续驶里程达到 600km。
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二、超高速飞轮的结构原理与应用
2、典型的飞轮储能电池结构
飞轮电池主要由以下几部分组成：复合材料飞轮、集成的发电机/电动机、支撑 轴承、电力电子及其控制系统、真空腔、辅助轴承和事故屏蔽容器。
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二、超高速飞轮的结构原理与应用
5
《新能源汽车动力电池系统检测与维修》
一、锌空气电池的原理与应用
2、锌空气电池的分类
根据其充电的方式，以及在电动车辆应用的特点可分为三类：直接再充式锌空 气电池、机械充电式锌空气电池以及注入式锌空气电池。 （1）直接再充式锌空气电池容易出现电极变形、枝晶生长、自腐蚀及钝化等现 象，导致电极失效。因此，直接再充式锌空气电池的应用受到了一定的限制。 （2）机械式充电是指在电池完全放电后，将电池中用过的锌电极取出，换入新 的锌电极，或者将整个电池组进行完全更换，整个过程控制在较短的时间内(3～ 5min)。使用过的锌电极或锌空气电池可在专门锌回收利用厂进行回收再加工， 实现绿色环保无污染生产。 （3)注入式锌空气电池是将配制好的锌膏源源不断地通过挤压或压力输送送入电 池内，同时将反应完毕的混合物抽取到电池外，这样在电动车辆上应用时，电池 系统只需携带盛放锌膏的燃料罐，燃料罐加注足够的锌膏燃料就可实现车辆的连 续行驶。
《新能源汽车动力电池系统检测与维修》
二、超高速飞轮的结构原理与应用
5、飞轮电池的应用案例
1987年，德国开发了飞轮电池 混合动力汽车，利用飞轮电池 吸收90%的制动能量，并在需 要短时加速等工况下输出电能 补充内燃机功率的不足。
1992年，美国飞轮系统公司(AFS)采用纤维 复合材料制造飞轮，并开发了飞轮电池电 动汽车，该车一次充电续驶里程达到 600km。
锌空气电池ppt课件
▪ 称取一定量的催化剂，悬浮在烧杯盛装的异丙醇中，超声波 振荡1 h。接着逐滴加入20wt%聚四氟乙烯 （PTFE）溶液， 继续超声波振荡1 h。混合物经过滤、洗涤，置于40℃烘箱 中干燥后，滚压制成一定面积的薄片，此为催化层。
▪ 用50wt% PTFE溶液作粘合剂，将泡沫镍（支撑层）压在薄 片一侧，将聚四氟乙烯（20wt%）化的炭纸（扩散层）压在 泡沫镍的另一侧，并在炭纸上均匀涂抹50wt% PTFE溶液， 形成阻水透气薄膜，或压上一层聚四氟乙烯薄膜，置于40℃ 真空干燥箱中干燥。
O2
ZnOE
1.65V
2.氧还原机理
▪ 实际上空气正极的反应是复杂的，化学反应体系有 一个速率限制反应，该反应步骤影响整个体系的反 应动力学和相应的性能。锌空气电池中，这个反应 是氧气的还原过程，同时产生了过氧化物游离基团 (O2H-)
过程1 O2 +H2O+2e O2H OH
三、电池结构
1.电池材料
▪ 正极材料: 空气扩散正极，通常用吸附性能很好的活性炭为
载体，聚四氟乙烯为憎水剂，制成多孔正极，但是 由于氧电极的电化学极化很大，假如不用催化剂， 电池的工作电压会很低，不能满足使用要求。
▪ 催化剂： 目前用于空气电极的催化剂主要有：铂、银等贵
金属、金属鳌合物和金属氧化物等。贵金属作为催 化剂是很好的选择，但其成本高且工艺复杂，现普 遍选择二氧化锰作为催化剂。
负极:
对于负极，必须留出负极内部有效总体积中的 一部分来容纳电池放电过程中锌转变成氧化锌时发 生的膨胀。
在工作条件下，这个空间也提供附加的电池空 隙以容纳产生的水量，称为负极自由体积。 一般是负极空间总体积的15～20%。
锌空气二次电池
3.氧电极制备
▪ 用50wt% PTFE溶液作粘合剂，将泡沫镍（支撑层）压在薄 片一侧，将聚四氟乙烯（20wt%）化的炭纸（扩散层）压在 泡沫镍的另一侧，并在炭纸上均匀涂抹50wt% PTFE溶液， 形成阻水透气薄膜，或压上一层聚四氟乙烯薄膜，置于40℃ 真空干燥箱中干燥。
O2
ZnOE
1.65V
2.氧还原机理
▪ 实际上空气正极的反应是复杂的，化学反应体系有 一个速率限制反应，该反应步骤影响整个体系的反 应动力学和相应的性能。锌空气电池中，这个反应 是氧气的还原过程，同时产生了过氧化物游离基团 (O2H-)
过程1 O2 +H2O+2e O2H OH
三、电池结构
1.电池材料
▪ 正极材料: 空气扩散正极，通常用吸附性能很好的活性炭为
载体，聚四氟乙烯为憎水剂，制成多孔正极，但是 由于氧电极的电化学极化很大，假如不用催化剂， 电池的工作电压会很低，不能满足使用要求。
▪ 催化剂： 目前用于空气电极的催化剂主要有：铂、银等贵
金属、金属鳌合物和金属氧化物等。贵金属作为催 化剂是很好的选择，但其成本高且工艺复杂，现普 遍选择二氧化锰作为催化剂。
负极:
对于负极，必须留出负极内部有效总体积中的 一部分来容纳电池放电过程中锌转变成氧化锌时发 生的膨胀。
在工作条件下，这个空间也提供附加的电池空 隙以容纳产生的水量，称为负极自由体积。 一般是负极空间总体积的15～20%。
锌空气二次电池
3.氧电极制备
锌空气电池原理锌空气电池的应用
20xx
锌空气电池原理， 锌空气电池的应用
-
1 锌空气电池原理 2 锌空气电池的应用 3 锌空气电池的挑战与前景
锌空气电池原理，锌空气电池的应用
锌空气电池是一种新 型的电池技术，其原 理主要基于金属-空
气电池的结构
锌空气电池由锌金 属作为负极，空气 中的氧气作为正极 活性物质，以及适
当的电解质组成
成为这些应用的理想选择。例如，可以将锌空气电池应用于农业领域，监测土壤湿度、温度等参数； 也可以将其应用于智能城市领域，监测城市的环境质量、交通流量等数据
水下设备与航海仪器 9 锌空气电池还被广泛应用于水下设备和航海仪器中。由于其高能量密度和大容量等特点，可以为水下
探测器、水下机器人等设备提供持久的能源供应。在航海领域，锌空气电池可以为导航设备、通信设 备等提供可靠的电源
照明系统 1 基于锌空气电池的照明系统在一些特殊场合有应用价值，例如紧急照明、备用照明、地下照明和野外 0 用灯等。这些照明系统通常需要能够在没有传统电源的情况下长时间工作，而锌空气电池由于其长寿
命和可靠性，能够满足这些需求
锌空气电池原理，锌空气电池的应用
锌空气电池的挑战与前景
尽管锌空气电池具有许多优点，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，锌电极的自腐蚀 和副反应、空气电极的稳定性问题、电池的充电机制和控制策略等。此外，锌空气电池的 效率和功率密度也有待进一步提高 为了克服这些挑战，需要进一步研究和改进锌空气电池的制造工艺和材料选择。同时，还 需要发展先进的能源管理系统和控制策略，以提高电池的性能和寿命 总的来说，锌空气电池作为一种具有潜力的电池技术，在许多领域都有广泛的应用前景。 随着技术的不断进步和研究的深入，相信锌空气电池将会在未来发挥更加重要的作用
锌空气电池原理， 锌空气电池的应用
-
1 锌空气电池原理 2 锌空气电池的应用 3 锌空气电池的挑战与前景
锌空气电池原理，锌空气电池的应用
锌空气电池是一种新 型的电池技术，其原 理主要基于金属-空
气电池的结构
锌空气电池由锌金 属作为负极，空气 中的氧气作为正极 活性物质，以及适
当的电解质组成
成为这些应用的理想选择。例如，可以将锌空气电池应用于农业领域，监测土壤湿度、温度等参数； 也可以将其应用于智能城市领域，监测城市的环境质量、交通流量等数据
水下设备与航海仪器 9 锌空气电池还被广泛应用于水下设备和航海仪器中。由于其高能量密度和大容量等特点，可以为水下
探测器、水下机器人等设备提供持久的能源供应。在航海领域，锌空气电池可以为导航设备、通信设 备等提供可靠的电源
照明系统 1 基于锌空气电池的照明系统在一些特殊场合有应用价值，例如紧急照明、备用照明、地下照明和野外 0 用灯等。这些照明系统通常需要能够在没有传统电源的情况下长时间工作，而锌空气电池由于其长寿
命和可靠性，能够满足这些需求
锌空气电池原理，锌空气电池的应用
锌空气电池的挑战与前景
尽管锌空气电池具有许多优点，但在实际应用中仍面临一些挑战。例如，锌电极的自腐蚀 和副反应、空气电极的稳定性问题、电池的充电机制和控制策略等。此外，锌空气电池的 效率和功率密度也有待进一步提高 为了克服这些挑战，需要进一步研究和改进锌空气电池的制造工艺和材料选择。同时，还 需要发展先进的能源管理系统和控制策略，以提高电池的性能和寿命 总的来说，锌空气电池作为一种具有潜力的电池技术，在许多领域都有广泛的应用前景。 随着技术的不断进步和研究的深入，相信锌空气电池将会在未来发挥更加重要的作用
锌-空气电池的制备及性能检测.
上压头 塑料薄膜 滤纸 防水层 导电网
催化层
பைடு நூலகம்
下压头
空气电极成型过程图
压片机
简易的锌－空 气电池模型
将制备出的空气 电极和锌片及 KOH电解液组成 锌－空气电池
将制备出的锌－空 气电池，进行放电 实验
DC－5电池充放电 系统
四、数据分析及讨论
根据电池放电电流密度和电池欧姆电阻 的大小，分析制备出性能良好的催化层和防 水层的工艺条件。（主要考虑物料的配比， 电极的大小，电极成型的压力和电极厚度）
对辊机
取出稀面团，在 对辊机上反复对 辊10次左右，使 PTFE逐渐纤维化 直至成为柔软而 有韧性的薄膜。
2、防水层的制备：
将配比一定的聚四氟乙烯（PTFE）和无 水硫酸钠混合，制备工艺与催化层的制备类似， 制得防水层。将制得的防水层放入蒸馏水中， 在70 ℃时反复清洗三次，以除去无水硫酸钠。
3、将制备好的催 化层切下放在镍 网上，另一侧放 防水层，外边包 上滤纸（防止催 化层或防水膜粘 在压片机上）， 在一定压力下冷 压，即制成空气 电极。其形状、 排列方式及成型 过程如图所示。
二、实验原理
锌空气电池是一种金属－空气电池，以电极电位 较负的金属锌作负极，空气中的氧或纯氧作正极活 性物质，中性或者碱性的电解质水溶液作为电解液。 碱性锌-空气电池可以表达为： （–）Zn|KOH|O2(空气)（+） 该类型电池的反应原理为： 阳极（锌负极）反应：Zn 2e = Zn2+ 阴极（空气电极）反应：1/2O2 + H2O + 2e = 2OH-
电池在设计时应遵循以下原则
1、电流密度分布均匀 2、合适的工作电极面积 3、合适的电解液体积 4、电池结构简单，操作方便
锌空气电池正极材料及工艺流程
锌空气电池的工作原理
• 锌空气电池是一种电化学反应驱动的可充电电池 • 通过锌负极和空气正极之间的化学反应产生电能 • 锌负极在电解质中氧化生成锌离子 • 氧气在空气正极与催化剂作用发生还原反应
锌空气电池与锂离子电池的性能比较
能量密度
• 锌空气电池具有更高的 理论能量密度，可达1300 Wh/kg以上 • 锂离子电池的理论能量 密度约为555 Wh/kg
作用
• 国际合作与交流有助于共享资源、技术和经验，推动锌空气电池技术的发展 • 国际合作与交流有助于解决锌空气电池领域的关键技术瓶颈和挑战
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锌空气电池正极材料及其工艺流程研究
01
锌空气电池基本原理及特点
锌空气电池的工作原理概述
锌空气电池的特点
• 高理论能量密度：锌空气电池的理论能量密度可达1300 Wh/kg以上 • 低自放电率：锌空气电池的自放电率较低，可实现长期存储 • 低成本：锌空气电池的正极材料为空气，原材料成本较低 • 环保：锌空气电池的正极材料为可再生资源，无重金属污染
锌空气电池正极材料研究的未来发展动向
提高比表面积 和孔径分布： 进一步优化正 极材料的结构
和性能
01
提高导电性： 采用新型导电 剂或改进制备 工艺，提高正 极材料的导电
性
02
开发新型正极 材料：探索具 有更高电化学 活性和稳定性 的新型正极材
料
03
面临的技术瓶颈与挑战及解决途径
01
技术瓶颈
• 正极材料的比表面积和孔径分布 已达到一定水平，进一步提高难度较 大 • 正极材料的导电性限制电池的充 放电速率和功率输出
• 锌空气电池是一种电化学反应驱动的可充电电池 • 通过锌负极和空气正极之间的化学反应产生电能 • 锌负极在电解质中氧化生成锌离子 • 氧气在空气正极与催化剂作用发生还原反应
锌空气电池与锂离子电池的性能比较
能量密度
• 锌空气电池具有更高的 理论能量密度，可达1300 Wh/kg以上 • 锂离子电池的理论能量 密度约为555 Wh/kg
作用
• 国际合作与交流有助于共享资源、技术和经验，推动锌空气电池技术的发展 • 国际合作与交流有助于解决锌空气电池领域的关键技术瓶颈和挑战
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锌空气电池正极材料及其工艺流程研究
01
锌空气电池基本原理及特点
锌空气电池的工作原理概述
锌空气电池的特点
• 高理论能量密度：锌空气电池的理论能量密度可达1300 Wh/kg以上 • 低自放电率：锌空气电池的自放电率较低，可实现长期存储 • 低成本：锌空气电池的正极材料为空气，原材料成本较低 • 环保：锌空气电池的正极材料为可再生资源，无重金属污染
锌空气电池正极材料研究的未来发展动向
提高比表面积 和孔径分布： 进一步优化正 极材料的结构
和性能
01
提高导电性： 采用新型导电 剂或改进制备 工艺，提高正 极材料的导电
性
02
开发新型正极 材料：探索具 有更高电化学 活性和稳定性 的新型正极材
料
03
面临的技术瓶颈与挑战及解决途径
01
技术瓶颈
• 正极材料的比表面积和孔径分布 已达到一定水平，进一步提高难度较 大 • 正极材料的导电性限制电池的充 放电速率和功率输出
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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。
三、电池结构
1.电池材料
▪ 正极材料: 空气扩散正极，通常用吸附性能很好的活性炭为
载体，聚四氟乙烯为憎水剂，制成多孔正极，但是 由于氧电极的电化学极化很大，假如不用催化剂， 电池的工作电压会很低，不能满足使用要求。
过程2 Ｏ２Ｈ－
OH
1 2
O2
▪ 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。
▪ 这些催化剂是典型的金属化合物或络合物，例如元 素银、氧化钴、贵金属和它们的化合物及混合金属 化合物。
4.电池的优缺点
对于许多应用来说，在原电池系列中锌空气电 池具有非常高的体积比能量；此外还有放电电压平 稳、贮存寿命长，安全和对环境无影响以及能量成 本低等优点。
但同时因为电池是对大气环境开放的，所以限 制锌空气电池技术普遍应用的一个因素是环境的影 响问题，即在受环境影响小的工作寿命和受环境影 响大的最大功率输出能力之间的权衡。
O2
ZnOE
1.65V
2.氧还原机理
▪ 实际上空气正极的反应是复杂的，化学反应体系有 一个速率限制反应，该反应步骤影响整Байду номын сангаас体系的反 应动力学和相应的性能。锌空气电池中，这个反应 是氧气的还原过程，同时产生了过氧化物游离基团 (O2H-)
过程1 O2 +H2O+2e O2H OH
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。
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
➢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
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。
3.锌空气电池特点
锌空气电池直接使用空气中的氧气参与电极的 化学反应，当电池对空气开放时，氧气扩散到电池 里并且被用作正极反应的活性物质。
空气是穿过正极到达与电解质相接触的正极活 性表面，在该活性表面上正极催化剂促进氧气在碱 性水溶液中反应，并且催化剂本身不会消耗或变化。
因为一种活性物质在电池外面，所以电池内的 体积大部分可用于放置另一种活性物质(Zn)，故锌 空气电池具有非常高的体积比能量。
锌空气电池是以空气中的氧作为正极活性物质， 锌作为负极活性物质，氢氧化钾溶液作为电解液的 高能化学电源。
2.电池的分类及应用
锌-空气电池包括： （1）一次电池 （2）二次电池 （3）燃料电池
应用：
碱性锌空气电池的实用化研究已取得了巨大的进展，适 用于便携式电器的小型锌空气电池已进入市场。鉴于当前用 电器具正在向小型化、小功耗方向发展，锌空气电池的应用 范围必然会越来越广泛，有望替代目前的一次电池主导产品， 即锌锰及碱锰电池。可再充锌空气电池是一个较为复杂的体 系，经过世界各国研究者数十年的努力，至今已取得了很大 的进展，但要将它应用于电动车辆，还需要在锌电极循环寿 命、空气湿度的控制和热管理等方面作进一步的研究。锌空 气燃料电池已用于电动样车。
瑞典斯德哥尔摩市的电动货车、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。
中国江阴凡能环保仪器科技有限公司目前已研制出密封 型锌空气电池，完全可以制造出用于上述用途的各种型号的 电池，并已申请了专利（专利申请号：200310106308.6）。 电池的主要部分空气电极的密度已达0.1W/cm2,并可靠地解 决了密封问题。
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。
三、电池结构
1.电池材料
▪ 正极材料: 空气扩散正极，通常用吸附性能很好的活性炭为
载体，聚四氟乙烯为憎水剂，制成多孔正极，但是 由于氧电极的电化学极化很大，假如不用催化剂， 电池的工作电压会很低，不能满足使用要求。
过程2 Ｏ２Ｈ－
OH
1 2
O2
▪ 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。
▪ 这些催化剂是典型的金属化合物或络合物，例如元 素银、氧化钴、贵金属和它们的化合物及混合金属 化合物。
4.电池的优缺点
对于许多应用来说，在原电池系列中锌空气电 池具有非常高的体积比能量；此外还有放电电压平 稳、贮存寿命长，安全和对环境无影响以及能量成 本低等优点。
但同时因为电池是对大气环境开放的，所以限 制锌空气电池技术普遍应用的一个因素是环境的影 响问题，即在受环境影响小的工作寿命和受环境影 响大的最大功率输出能力之间的权衡。
O2
ZnOE
1.65V
2.氧还原机理
▪ 实际上空气正极的反应是复杂的，化学反应体系有 一个速率限制反应，该反应步骤影响整Байду номын сангаас体系的反 应动力学和相应的性能。锌空气电池中，这个反应 是氧气的还原过程，同时产生了过氧化物游离基团 (O2H-)
过程1 O2 +H2O+2e O2H OH
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。
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
➢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
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。
3.锌空气电池特点
锌空气电池直接使用空气中的氧气参与电极的 化学反应，当电池对空气开放时，氧气扩散到电池 里并且被用作正极反应的活性物质。
空气是穿过正极到达与电解质相接触的正极活 性表面，在该活性表面上正极催化剂促进氧气在碱 性水溶液中反应，并且催化剂本身不会消耗或变化。
因为一种活性物质在电池外面，所以电池内的 体积大部分可用于放置另一种活性物质(Zn)，故锌 空气电池具有非常高的体积比能量。
锌空气电池是以空气中的氧作为正极活性物质， 锌作为负极活性物质，氢氧化钾溶液作为电解液的 高能化学电源。
2.电池的分类及应用
锌-空气电池包括： （1）一次电池 （2）二次电池 （3）燃料电池
应用：
碱性锌空气电池的实用化研究已取得了巨大的进展，适 用于便携式电器的小型锌空气电池已进入市场。鉴于当前用 电器具正在向小型化、小功耗方向发展，锌空气电池的应用 范围必然会越来越广泛，有望替代目前的一次电池主导产品， 即锌锰及碱锰电池。可再充锌空气电池是一个较为复杂的体 系，经过世界各国研究者数十年的努力，至今已取得了很大 的进展，但要将它应用于电动车辆，还需要在锌电极循环寿 命、空气湿度的控制和热管理等方面作进一步的研究。锌空 气燃料电池已用于电动样车。
瑞典斯德哥尔摩市的电动货车、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。
中国江阴凡能环保仪器科技有限公司目前已研制出密封 型锌空气电池，完全可以制造出用于上述用途的各种型号的 电池，并已申请了专利（专利申请号：200310106308.6）。 电池的主要部分空气电极的密度已达0.1W/cm2,并可靠地解 决了密封问题。