锌空气(氧)电池进展(清华大学锌空气电池研究所组译)思维导图
锌-空气燃料电池
锌-空气燃料电池锌-空气燃料电池可以应用于各种领域，例如移动电话、笔记本电脑、电动汽车等。
它不仅具有高能量密度和长续航里程，而且燃料电池使用的是锌颗粒和空气中的氧气，相比传统电池更环保。
然而，锌-空气燃料电池也存在一些挑战和问题，例如金属锌的储存和输送、空气中的湿度对电池性能的影响等。
因此，科学家们正在不断研究和改进锌-空气燃料电池的技术，以便更好地满足未来能源需求。
本文将对锌-空气燃料电池的原理、优势、挑战和发展前景进行深入探讨，以期为读者提供更多有关这一领域的知识和信息。
一、锌-空气燃料电池原理锌-空气燃料电池的工作原理是利用金属锌和空气中的氧气进行化学反应。
当两者在电池中发生化学反应时，会产生电子和离子，从而产生电能。
具体来说，锌-空气燃料电池包括阳极、阴极和电解质三部分。
阳极：阳极是由锌金属组成的，当阳极和电解质接触时，会产生离子和电子，离子会通过电解质向阴极迁移，而电子则通过外部电路向阴极流动，产生电能。
阴极：阴极是由氧气组成的，当阴极和电解质接触时，会吸收到从阳极传来的离子和电子，进而与之结合产生水。
电解质：电解质是连接阳极和阴极的介质，它具有一定的离子传输功能，可以使阳极和阴极之间的化学反应得以进行。
电解质通常是一种固体材料，它不会与金属锌和氧气进行反应，因此可以长时间地维持电池的工作。
总的来说，锌-空气燃料电池的工作原理就是利用金属锌和空气中的氧气进行化学反应，并将产生的电能输出到外部电路中。
这种化学反应的过程非常清洁、高效，不会产生有害的环境污染物质，因此备受人们关注。
二、锌-空气燃料电池的优势锌-空气燃料电池具有许多优势，使其成为一种具有巨大发展潜力的新能源技术。
1. 高能量密度锌-空气燃料电池具有很高的能量密度，可以达到传统电池的2-3倍。
这意味着它可以存储更多的能量，从而在相同体积和重量下提供更长的续航时间，这对于移动设备和电动汽车等需要长时间使用的场合非常重要。
2. 环保锌-空气燃料电池使用的燃料是金属锌和空气中的氧气，在反应过程中产生的产物只有电池内部的锌氢氧化物，不会产生二氧化碳等有害的环境污染物质。
锌空气电池的工作原理,化学表达式
锌空气电池的工作原理,化学表达式
锌空气电池以锌（Zn）为正极、氧为负极、氢氧化钾（KOH）为电解质。
锌空气电池地化学反应与普通碱性电池类似，其基本工作原理为电池正极上的锌与电解液中的OH－发生电化学反应(负极反应)，释放出电子。
同时GDE（气体扩散电极或空气负极）反应层中的催化剂与电解液及经由扩散作用进入电池的空气中的氧气相接触，吸收电子，发生电化学反应(正极反应)。
但锌空气电池充电过程进行得十分缓慢，通常锌空气电池正极的锌板或锌粒，在放电过程中，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办法，使锌空气电池完全更新。
锌和空气反应为Zn+O2=ZnO
由于是原电池反应,负极产生电子,正极获得电子
负极反应：Zn=Zn2+（锌离子）+2e-（电子）
正极反应：O2+2e- = 2O2- （氧离子）。
锌空气电池原理及应用
锌空气电池原理及应用锌空气电池是一种新型的碱性电池，它以锌为负极材料，空气为正极材料，利用空气中的氧气与锌负极化学反应产生电能。
锌空气电池具有体积小、容量大、能量密度高、可充电性好等优点，成为目前电动汽车、储能设备等领域的重要电池。
1.高纯度锌锭被放入负极材料中，锌与电解液中的氢氧根离子发生反应，生成锌离子和电子；2.负极上的电子通过外部电路流动到正极，形成电流；3.正极是由氧气和水组成的多孔隔板，当电子到达正极时，与来自空气中的氧气进行化学反应，生成氢氧根离子；4.氢氧根离子与锌离子结合形成氢氧化锌，同时释放出电子；5.电子通过外部电路再次回到负极，与锌离子结合形成锌。
1.电动汽车：由于锌空气电池具有高能量密度和重量轻的特点，可以显著提高电动汽车的续航里程，并且充电方便快捷，因此被视为理想的电动汽车能源解决方案。
2.储能设备：锌空气电池在储能设备中，可以存储大量的电能，用于平衡供需之间的差异，为电网提供稳定的电力输出。
3.便携式电子设备：由于锌空气电池体积小、容量大，可以为便携式电子设备如智能手机、平板电脑等提供更长时间的电力供应。
4.深海探测器：锌空气电池具有耐腐蚀、高压力耐受、体积小等特点，适用于深海探测设备，为这些设备提供可靠的电力支持。
5.紧急备用电源：锌空气电池可以作为紧急备用电源，在停电等情况下提供持久的电力供应。
锌空气电池在实际应用中还面临一些挑战。
首先是氧气催化剂的稳定性问题，氧气催化剂的活性会随时间的推移而减弱，导致电池性能下降。
其次是锌电极在反应过程中容易形成枝晶，影响电池的寿命和稳定性。
针对这些问题，研究人员正在开展多方面的努力，包括催化剂的改进、电极结构的设计优化等，以提高锌空气电池的性能和稳定性。
总之，锌空气电池作为一种新型的电池技术，具有广阔的应用前景。
它能够提供高能量密度的电力输出，为电动汽车、储能设备及其他便携式电子设备提供可靠的电力支持，有望在未来能源领域发挥重要作用。
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。
锌空气电池结构图
锌-空气电动车用电池锌-空气电动车用电池产品简介在北京鑫科鸿科技开发有限责任公司原班研发队伍的基础上于2003年就“机械插块式锌-空气电池”等项目在拥有浓厚的文化积淀和竞争机制的北京中关村健翔科技园成立。
并被中关村高科技产业园区列为重点扶持对象，是一家集新型电池能源产品与电动车辆产品的研制、开发、生产和销售为一体的民营高新技术企业。
目前，我公司把"机械插块式锌-空气"电池作为重大科研实施项目，从2001年初，我公司在应用和改进“液体循环式锌-空气电池”的同时即已着手研制自己的锌-空气电池，并在河北霸州建立了自己的研发基地，由多名专业的科研人员组成了研发团队。
2005年研发基地迁址到北京市门头沟区石龙工业开发区。
该项目现已在多个技术研发环节上取得了关键性的突破。
如：爬碱、漏液、间隔放电、还原再生等技术难点均得到有效解决。
同时采用机械插块结构使电池实现了模块概念，电池单体的组合、检测、维修、更换简便。
全面推翻了“液体循环式锌-空气电池”的结构、正负极板制作工艺及还原形式，确定了与国际技术接轨，领先于国内技术，从市场角度出发作真正能应用、可量产、可推广、更换还原简单易行的锌-空气电池的研发目标。
随着我公司"机械插块式锌-空气电池"技术的不断成熟，制造和使用成本的进一步降低，相信“机械插块式锌-空气电池”为核心技术的电源产品将具有越来越广的市场。
我公司计划年内把采用“锌-空气电池”作为能源的后备电源系统推向国内市场，着力使这一绿色能源产品占领备用电源市场10％以上的份额，2年内全面进入体育场馆、机房、电厂、森林防火、通信指挥、单兵电池、矿灯电池等大、中、小型企业，三年内研发成功采用此能源技术的小型电动专用车辆，电动大巴车的动力电源，使锌-空气电池全面进入各类应用领域，通过对锌-空气电池的产业化运作，逐步培育锌-空气电池的消费市场，创立一种从制造到售后服务的全新商业模式。
锌空气电池结构图
据悉，这种锂空气电池与锂离子电池相似，区别在于前者的能源密度更大，而后者的主要问题在于成本高且储能表现不佳。目前电池的能源密度比化石能源要低很多，如果要获得与50升化石燃料相当的能量，相应的电池系统总重量大致可达1.5吨至2吨。因此锂基电池要想达到商用要求，必须变得小型轻便，并且拥有良好的储能表现，而这正是锂空气电池的优势所在。
但是在实现商业化生产前，锂空气电池也需要解决一些问题。首先，虽然锂空气电池在使用初期比传统电池轻便，但吸附氧原子后会变重；其次，这种电池在反应过程中产生的氧化锂有可能会堵塞电池通道，从而阻止氧的流通；此外，虽然锂空气电池能够充电，但充电时要求高压，考验电池元件的承载能力，从而降低电池的充电次数。
研发团队的成员之一诺比表示，他们研发的锂空气电池目前只能充电50次，目标是将充电次数增加到300个充放电循环，这样才能够应用于驱动汽车。与此同时，这种电池充放电过程中损失的能量比例大约是40%，研究人员希望能将这一数字降低到10%，与锂离子电池相当。现在研究人员正使用大型计算机观测锂和氧原子的反应过程，以期找出反应需要高压的原因。
锌-空气电动车用电池
锌-空气电动车用电池
产品简介
在北京鑫科鸿科技开发有限责任公司原班研发队伍的基础上于2003年就“机械插块式锌-空气电池”等项目在拥有浓厚的文化积淀和竞争机制的北京中关村健翔科技园成立。并被中关村高科技产业园区列为重点扶持对象，是一家集新型电池能源产品与电动车辆产品的研制、开发、生产和销售为一体的民营高新技术企业。
钱伟长先生科学研究的成果和方法
钱伟长先生科学研究的成果和方法①戴世强（上海大学上海市应用数学和力学研究所，２０００７２）【摘要】本文通过回顾钱伟长院士的治学生涯和学术成就，力图具体地探索他的学术思想和治学之道。
着重阐明：钱伟长院士的爱国敬业、矢志不移的治学动力，勤奋进取、锐意创新的治学精神，面向实际、求真务实的治学态度，广闻博览、融会贯通的治学方法，群策群力、集思广益的治学谋略，从而指出：钱伟长院士近六十年来在科学、教育领域叱咤风云、纵横捭阖、业绩辉煌并非偶然。
分析表明。
纵贯他的治学经历的学术思想是：立足于社会实践。
以高瞻远瞩、勇于探索的思路，根据经济、科技发展的需要来发现、提炼问题，经过充分调研，以广泛扎实的知识基础和独辟蹊径的创造性劳动。
建立实际问题的数学模型，用独创的或先进的方法加以巧妙处理，将所得的成果经过实践的严格检验，并上升到新的理论高度加以认识或系统地发展成新的理论，事实证明，这种思想指导下的科研实践是卓有成效的。
文中还指出，钱伟长院士创造性地继承了我国先哲深遵的学术思想和德国哥廷根学派优良的学术传统，并结合当今的实际情况加以发扬光大，他的探索所积累的经验是我国学术界的宝贵财富。
【关键词】治学理念，学术风格，固体力学，流体力学，应用数学，张量分析，变分原理，奇异摄动①节录自‘力学进展）２００３年第３３卷第１期藏世强的论文‘论钱伟长的治学理念和学术风格）。
钱伟长先生科学研究的成果和方法１５１引言钱伟长院士已经走过了九十年的漫漫人生长途，作为遐迩闻名的力学家、应用数学家、教育家和社会活动家，他历经了艰苦立业——事业辉煌——历经坎坷——再度辉煌的曲折过程，如今虽已到了耄耋之年，却壮心依旧、斗志不改．坚守在他的教育和科研岗位上，续写着灿烂的人生篇章。
对略微知道他的成长背景和坎坷经历的人来说，钱伟长这个名字多少带一点传奇色彩．心中存在着各种各样的疑问：他是怎样从一个普通的农家子弟成长为知名科学家的？为什么他能在经过二十多年的人生逆境之后。
锌空气电池关键问题与发展趋势
2016年第35卷第6期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·1713·化工进展锌空气电池关键问题与发展趋势洪为臣，马洪运，赵宏博，王保国（清华大学化学工程系，北京 100084）摘要：电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全和成本低等特点，是电能高效转换和储存的重要技术方向，无论作为动力电池用于纯电动汽车等移动交通工具，还是用于新能源发电过程储能，都具有广阔发展前景。
但正极存在电极结构设计和催化剂开发问题，负极存在抑制枝晶、控制析氢和提高锌循环性能等挑战，严重阻碍了锌空气电池的商业化进程。
本文详细分析了锌-空气电池的关键科学问题，尤其是关于空气电极的催化剂、电极结构、锌枝晶等问题，结合电池性能进行详尽讨论。
归纳现有研究后认为：开发新型电催化剂和空气电极，发展循环寿命长、成本低的锌负极制造技术与工艺，是锌空气电池所面临的亟需解决问题和未来的发展趋势。
关键词：锌空气电池；催化剂；空气正极结构；锌负极中图分类号：O646 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）06–1713–10DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.06.011A critical review of zinc air battery：present status and perspectiveHONG Weichen，MA Hongyun，ZHAO Hongbo，WANG Baoguo（Department of Chemical Engineering，Tsinghua University，Beijng 100084，China）Abstract：With the advantages of high energy density，safe and reliable aqueous electrolyte and low cost，zinc-air batteries show important potential as well as challenge for electrical energy conversion and storage. These batteries used in pure electric vehicles，mobile tools and electricity storage for new energy power generations，have promising market and applications. However，some issues related to electrode structure and electrocatalyst in cathode and zinc dendrite growth in anode restrict its further development and application. This paper analyzes the critical scientific issues in zinc air batteries，especially for the electrocatalyst of air electrode，electrode configuration，dendritic growth in zinc negative electrode，discusses the battery performance in details，and points out the main barriers in developing advanced battery technology. In summary the development of novel electrocatalyst，air electrode，manufacturing technology for long-term cycle life and low cost zinc air batteries are urgent problems to be settled at present.Key words：zinc air battery；electrocatalyst；air cathode configuration；zinc anode锌空气电池利用空气中的氧气作为正极电化学反应活性物质，使用金属锌作为负极电化学反应活性物质，具有能量密度高、资源丰富、反应活性物质绿色无污染等特点，被认为今后电能转换和大规模储存的首选技术之一[1-2]。