锌空气电池的结构和工作原理
锌空电池
1 锌空气电池的结构和工作原理锌空气电池主要由正电极、负电极以及电解液三部分组成。
其中正极是空气电极（氧电极），负极是金属电极（锌电极），电解液则主要是氢氧化钠或氢氧化钾碱性溶液。
比如碱性锌－空气电池的电池表达式为：Zn½KOH½O2(空气)（+）正极（空气电极）反应：1/2 O2 + H2O + 2e－® 2 OH－负极（锌电极）反应：Zn+ 4OH－® Zn(OH)42－+ 2e－Zn(OH)42－® ZnO + H2O + 2OH－Zn + 2OH－® ZnO + H2O + 2e－电池总反应：MZn + 1/2 O2 ® ZnO1.1 正极（空气电极）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。
1.2 负极（锌电极）:负极活性物质是金属锌或者锌合金（比如Zn与Ga、In、Pb、Bi、Sn等一种或多种元素的合金）的粉末或小颗粒。
锌空测试方法
锌空测试方法
锌空测试方法主要是用于测试锌空气电池的性能。
首先，我们需要了解锌空气电池的工作原理。
锌空气电池的核心是空气电极，工作时既与电解液接触，还与空气接触，承担起三相反应的场所。
在放电过程中，空气电极作为阴极，氧气扩散到电极内部，在催化剂的作用下发生氧还原反应。
在进行锌空测试时，主要关注的参数包括电流、电压、容量等。
这些参数可以通过专门的电化学测试设备来测量。
例如，可以使用电化学工作站来测量锌空电池的循环伏安曲线（CV）、恒流充放电曲线（GCD）等。
此外，对于锌空电池的稳定性和寿命进行评估也是非常重要的。
例如，基于对锌空燃料电池老化实验研究和老化机理的认识，可以从电解液管理、延长空气电极寿命和电池管理等方面提出延缓电池老化的方法。
1. 锌空气电池的工作原理
1. 锌空气电池的工作原理锌空气电池以锌（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。
2. 锌空气电池的构造在单体电池中以锌为正极，氧为负极，采用外氧式设计，在锌空气电池两侧有两块高功率、长寿命的空气电极。
成品的锌空气电池由一组单体电池串联而成，车载锌空气动力电池组还包括空气流通保障系统和电池组热管理系统两个子系统，以确保动力电池组能够长期、稳定地运转。
空气流通保障系统，调节进入锌空气电池负极地空气量，当不使用电池时，可以自动切断空气。
热管理系统保证锌空气电池组能够可靠地工作。
用更换锌空气电池中的锌板或锌粒和电解质的"机械式"充电模式，既方便又快捷，只需3min即可完成"充电"全过程。
更换下来的氧化锌在专门的工厂进行回收处理，实现锌的再生循环。
3. 锌空气电池的基本特性● 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。
● 放电特性锌空气电池具有大电流持续放电的能力，能够满足EV快速加速和连续爬坡的要求。
锌空气电池PPT课件
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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
Hale Waihona Puke H2O2e2OH 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
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
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➢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
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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。
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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。
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▪ 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。
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ppt课件
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。
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。
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锌空气电池的结构和工作原理
2011-07-16 19:42:34| 分类：电化学 | 标签： |字号大中小订阅
1 锌空气电池的结构和工作原理
锌空气电池主要由正电极、负电极以及电解液三部分组成。
其中正极是空气电极（氧电极），负极是金属电极
（锌电极），电解液则主要是氢氧化钠或氢氧化钾碱性溶液。
比如碱性锌－空气电池的电池表达式为：
（-）Zn?KOH?O2(空气)（+）
正极（空气电极）反应： 1/2 O2 + H2O + 2e－ ? 2 OH－
负极（锌电极）反应：
Zn+ 4OH－ ? Zn(OH)42－ + 2e－
Zn(OH)42－ ? ZnO + H2O + 2OH－
Zn + 2OH－ ? ZnO + H2O + 2e－
电池总反应：
Zn + 1/2 O2 ? ZnO
1.1 正极（空气电极）
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。
1.2 负极（锌电极）
负极活性物质是金属锌或者锌合金（比如Zn与Ga、In、Pb、Bi、Sn等一种或多种元素的合金）的粉末或小颗粒。
锌电极的制备方法主要有压成法、涂膏法、烧结法、电沉积法和化成法等。
现在一般把锌粉或锌合金粉与适
量凝胶剂（交联的羧甲基纤维素、交联的聚丙烯酸、聚丙烯酸的钾盐和钠盐等）混合均匀后，加入25％～35%带
氧化锌的氢氧化钾电解液以及其它一些添加剂等调制成锌膏，然后把锌膏和阳极电流集流体粘结成负极。
1.3 隔膜
正极和负极之间必须放置一层绝缘的聚合物多孔隔膜以防止电池正负极发生短路。
选用的隔膜材料可以是聚稀烃、聚酰胺（如尼龙）、碳氟型树脂、玻璃纸、过滤纸等中的一种材料或多种材料的复合物。
1.4 电解液
锌空气电池中所用的电解液是氢氧化钠、氢氧化钾碱性溶液，一般采用的是饱和了ZnO的氢氧化钾的水溶液，溶液中含有减缓锌腐蚀的无机缓蚀剂或有机缓蚀剂。