锌空电池的特性(优缺点).ppt
锌空电池的优缺点,制作：JQ指导：某某某日期：2016年5月21日,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。,总体概括,1、比能量高，约为275wh/kg，为锌锰干电池的4-5倍。2、体积小，重量轻（空气电极的活性物质不在电池内部），容量大。3、内阻小，大电流放电和脉冲放电性相当好。4、储存寿命长。5、使用温度范围广，最佳工作温度0+50，能在-40+60下工作。6、工作电压非常平稳。7、用安全，对生态环境污染少。,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57倍）。,电容是什么？,电容（Capacitance）亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存，储存的电荷量则称为电容。电容是指容纳电场的能力。任何静电场都是由许多个电容组成，有静电场就有电容，电容是用静电场描述的。一般认为：孤立导体与无穷远处构成电容，导体接地等效于接到无穷远处，并与大地连接成整体。电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。,2.2 比能量高。锌空气电池理论质量比能量是1320Whkg-1，实际比能量已经达到220300Wh/kg。较锂电池高出一倍。【比能量】参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量。指的是单位重量或单位体积的能量。例如：5号镍镉电池的额定电压为1.2V，其容量为800mAh，则其能量为0.96Wh(1.2V0.8Ah)。同样尺寸的5号锂二氧化锰电池的额定电压为3V，其容量为1200mAh，则其能量为3.6Wh。这两种电池的体积是相同的，但是锂二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的3.75倍。,二、优点,2.3 放电曲线平稳。放电的时候，正极只是发生氧气的还原而空气电极本身不发生变化，负极则是锌被氧化而损耗。锌电极电压平稳，所以放电时电池电压变化小，在1.3V左右出现一个较长时间的放电平台。2.4自放电少，储存寿命好。在储存时电池的入气孔是密封的，空气电极与外界隔绝，只要阻隔空气进入锌空气电池即可使锌空气电池的电化学反应无法进行，从而电池容量损失小，容量年损失小于2%。,二、优点,生产成本低、价格低廉。正极活性物质是空气中的氧气，无须花钱购买而且取之不尽。负极活性物质锌来源丰富、价格便宜。环保无污染。锌空气电池摒弃了传统电池中的铅、汞、镉等有毒物质，解决了传统电池的污染问题。而且电池使用后的主要反应产物是氧化锌，可以方便的回收利用。,二、优点,如此绿色、高效、安全、低价的锌空气电池，为何迟迟没有在市场上露面呢?按理说，早在100多年前就已出现的锌空气电池，即便是当时技术不达标，但只要研发能够得以延续，应该不会被后来的铅酸电池、镍铬电池，亦或现在的锂电池所取代。之所以出现如今锂电池一统天下的局面，锌空气电池确实有着自己的硬伤。而这一致命缺陷就是不可充电，即锌空气电池属于一次性电池。虽然也有企业研发过可充放的锌电池，但极为有限的充放电次数，与其他电池相比，显然满足不了市场需求。不少业内专家表示，如今人们提到的锌空气电池并不是真正意义上的充电电池，而是需要定期更换材料(锌)才能维持运行。就像传统燃油车需要加油一样，一旦不能提供原料锌，就不能实现连续工作，储能、放电也就无从谈起。,除了空气和金属锌，锌空气电池还需要其他微量元素参与化学反应，而这些微量元素的价格也都不低。因此虽然原料的价格是省下了，但从电池组投入应用的整体产出来看，锌空气电池的性价比并没有想象中的那么高。虽然在诸多种类的金属空气电池中，只有锌空气电池得到实用，但动力技术上的瓶颈一直制约着其真正投入实际应用，比功率是其中之一。实际上，“比功率”就是用来衡量一辆车瞬间爆发力的。据悉，锌空气电池的比功率很低，最高时速只能达到80公里，连完成加速和爬坡等动作都比较吃力，更谈不上规模化应用于轿车上了。这也就是长久以来，人们为何只会在助听器等小型器件中看到锌空气电池身影的原因。,三、具体问题,3.1电池对通风的要求高。由于液体循环式锌一空气电池的电化学反应离不开空气中的氧气，只要阻止空气进人电池，则电化学反应将无法进行。实验室做放电特性时，供氧均匀、充分不易达到。在串联电池组中，只要有一个电池性能不佳，将迅速导致整个电池组性能下降闭。,3.2存在漏电现象。因为电池没有密封，电解液不可避免地洒溅到壳体表面，从而产生漏电现象。高浓度的电解质（氢氧化钾，具有强碱性，强腐蚀性），一旦发生渗漏，将腐蚀电池附近部件，而且这种腐蚀可能是不可修复的，致命的。而且电池上有孔，电池在激活使用后存放时间又很短，所以锌空电池较易发生电池漏液。使用锌空电池的场合要及时更换耗尽的电池，经常检查电池状况，较长时间不用时取出电池。3.3电解液流动不均匀。靠近管道进、出口的电解液流动快、更新快，所以质量好;而远离管道的边角地带电解液流动的速度很慢，导致质量下降。,三、具体问题,3.4电池内阻运动状态比静止状态大 在车辆运行的振动状态下，锌粒之间的接触电阻以及锌粒与电解液的接触电阻处于变化之中，并经常大于实验室静止状态下的值。对于锌板而言，其内组可忽略不计，其参与反应的面积基本恒定。但在锌板改为锌粒匣的情况下，锌粒之间存在接触电阻，此时的“锌板”内阻可等效为若干串电阻的并联，其大小与锌粒的几何尺寸、形状、表面光洁度等因素有关。比如在振动下，若干锌粒会处于非接触状态从而加大“锌板”内阻，并使得“锌板”的有效反应面积减小。由于锌粒之间存在空隙，每个处于电解液中的锌粒参与反应的情况不同(比如反应面积不同、电解液浓度不同等)，所以，其反应质量比锌板要差。由于一组电池由若干个单体电池串联而成，每个单体电池性能的不同也会导致电池的一致性变差。,三、具体问题,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。,三、问题,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?虽然目前新能源汽车主要的动力源还是由锂电池把控，但续航能力差、充电时间长等缺陷，一直都是消费者吐槽的焦点。新能源车充电要十几甚至二十几个小时，充满电后跑不长，无法让用车者满意。而锂电池的缺陷，恰恰可以由锌空气电池来弥补。据悉，如今有相关部门在研发中，车辆能够根据实际路况和车速，灵活采用不同的电池组合加以应对。如果车辆以30至40公里每小时的速度行驶在路况较好的路面时，就使用锌空气电池;而碰到爬坡上坎的路面时，就切换到锂电池提供电力。毫无疑问，在如今政府新一轮新能源汽车优惠政策的影响下，新能源车的普及也只是时间问题。而与之应用息息相关的电池行业，其发展也会随之相应提速。以锂电池为代表的特斯拉，已开始准备以石墨烯为材料进行供电研发。时下已走入正轨的锌空气电池，从突破技术瓶颈到规模化应用也会在不久的将来成为现实。,四、发展前景,碱性锌空气电池容量大、比能量高、工作电压平稳，同时环保无污染、原材料易得、价格低廉，一直以来受到人们的高度关注，特别是近年来，再次引起了国内科研究机构和企业的关注。在当前社会电子电器设备逐步向小型化、小功率化发展，尤其是近年来便携式电子产品对高比能量化学电源的需求不断增强的情形下,开发锌空气电池更具有现实意义。被称为“面向21世纪绿色新能源”的锌空气电池符合电池工业的发展趋势和社会需要，其应用范围将会越来越广泛,有望替代或部分替代现在广泛使用的碱性锌锰电池和普通锌锰干电池，在电池产品中占有一席之地。,
