锌空电池放电特性
2024年锌空燃料电池市场规模分析
2024年锌空燃料电池市场规模分析引言锌空燃料电池是一种利用锌与空气反应产生电能的新型电池技术。
它被广泛应用于便携式电子设备、电动车辆和储能系统等领域。
本文将对锌空燃料电池市场规模进行深入分析，探讨其潜力和前景。
市场规模根据市场研究公司的数据，锌空燃料电池市场规模正在迅速增长。
2019年，全球锌空燃料电池市场规模达到X亿美元。
预计到2025年，市场规模将增长至X亿美元。
这显示出锌空燃料电池市场的巨大潜力。
市场驱动因素锌空燃料电池市场的增长主要得益于以下几个因素：1.环保优势：与传统燃料电池相比，锌空燃料电池无需氢气供应，减少了氢气储存和输送的安全隐患。
同时，锌空燃料电池的废弃物为可回收和再利用的金属锌，具有较低的环境污染程度。
2.高能量密度：锌空燃料电池具有较高的能量密度，提供更长的使用时间和更高的功率输出。
这在便携式设备和电动车辆等领域具有重要意义。
3.广泛应用：锌空燃料电池广泛应用于便携式电子设备、电动车辆和储能系统等领域，以满足人们对长时间使用和高功率需求的追求。
市场分析锌空燃料电池市场可以根据应用领域进行细分。
以下是不同领域的市场分析：便携式电子设备便携式电子设备是锌空燃料电池市场的主要应用领域之一。
随着人们对便携性和高能量密度的需求增加，便携式电子设备市场规模呈现出快速增长的趋势。
预计到2025年，该领域的市场规模将超过X亿美元。
电动车辆电动车辆是另一个重要的市场领域。
由于锌空燃料电池具有高能量密度和快速充电特性，被视为未来电动车辆的理想能源解决方案。
锌空燃料电池电动车辆市场预计将在未来几年内快速增长。
预计到2025年，该市场规模将突破X亿美元。
储能系统锌空燃料电池在储能系统领域也有广阔的应用前景。
受益于其高能量密度和可重复充放电特性，锌空燃料电池储能系统在微电网和可再生能源等领域具有重要意义。
预计到2025年，锌空燃料电池储能系统的市场规模将超过X亿美元。
市场挑战尽管锌空燃料电池市场具有巨大的潜力，但仍然面临一些挑战：1.成本：目前，锌空燃料电池的成本较高，导致其在某些领域中无法与传统能源解决方案竞争。
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
关于锌空电池的认识
关于锌空电池的认识1 开发锌空电池的意义锌空气电池以锌为负极活性物质，空气中的氧气为正极活性物质。
由于空气中的氧气随时可取，又不占用电池空间，因此在相同体积、相同重量下，这种全新的锌空气电池可以储存更多的反应原料，与传统的电池相比，其比能量更高（理论比能量达1350Wh/ kg )，成本更低。
锌空电池具有容量大、比能量高、成本低、放电性能稳定、安全、零污染、大功率及材料可再生等特点，已成为当今世界能源领域的开发热点，是一种具有巨大市场前景的化学电源。
它使用空气作为阴极活性物质极大地提高了电池的输出容量和放电性能，并继承了能源电池技术中最优秀的技术，使现在己商品化的电池所存在的放电容量、充电效率、放电性能等均得以突破性进展，锌空气电池是一种前景极其广阔的新型能源，其性能及技术参数已达世界先进水平，为新能源的开发利用做出了有益的探索。
“锌一空电池”的普及推广和使用必将把世界能源行业推向新的革命。
2 锌空电池概述2.1 工作原理锌空气电池以空气(氧)电极作正极,锌电极作负极组成，电池放电反应为：正极：O2 + H2O +2e- 2OH- (1)负极： Zn + 2OH-ZnO +H2O +2e- (2)电池反应：Zn + O2 ZnO (3)根据反应式可知锌/空气电池的电动势为：= - + ln(4)式中为氧电极标准电极电位,其值0140V。
为锌电极标准电极电位,其值 -1.245V。
在常温常压下,空气中分压约为大气压力的20%,代入(4)式,锌空气电池电动势为1.636V= 1.646 + ln0.2= 1.636 V实际测量电池开路电压在1.40～1.45 V之间,主要原因是氧电极反应很难达到标准状态下的热力学平衡。
2.2 锌空电池的结构锌空电池主要由阴极、阳极、电介质三部分组成。
结构见图1。
图 1 锌空电池结构简图阴极—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KOH水溶液。
锌—空气电池
锌—空气电池●扣式锌空气电池市场：1990 世界101百万只日本8—5百万用量统计：助听器94%BB机4%其它用2%日本市场：助听器59%BB机41%●752厂Zn—Air电池工艺1 .C电极材料：青岛东风化工厂104型。
工艺：1）过120目 C ：AB=5 ：1混合2）活化：活化剂：AgNO3、Fe(NO3)3、Cu(NO3)2.3H2O、NH4NO3.9H2OFe(NO3)3根据所需电压决定用量。
3）烘干：在1000C经常搅动1—2H，降温至80—900C，烘干为止。
4）热分解：用玻璃布包好放入铁盒内，周围用C粉保护，逐渐升温到3800C（约3H），在3800C下保温2H，自然冷却至常温。
5）热化：低压聚乙烯（分子量148000—183300）+C粉+航空煤油，加热1300C，搅动至能拉糖丝6）倒入瓷盘，快速冷却至不烫手为止，用手搓碎后用尼龙布包住，冷压，把煤油挤掉。
7）粉碎，过60目。
8）热压：170—1800C保压2分。
9）同样压力，冷压1.5分后脱摸,用铁板压住.10) 用苯或甲苯浸泡4—5H.11) 抽风至无苯味,再在低于800C下烘干,烘箱不关严.2锌电极工艺;锌粉: 上海硫酸厂工业用锌粉. 制备工艺: 1) 汞齐化:在瓷缸中H2O+HgCl2(4%Hg计),溶解,加锌粉搅匀.2) 加二级HCl 2Kg+H2O,液面高出锌粉快速搅匀,浸泡一晚.3) 用自来水洗,再用蒸溜水洗至无Cl—为止(用AgNO3检查).4) 用乙醇洗。
5）用600C抽风干燥2.5H, 得含Zn 80—90%Hg 3%Fe 0.002以下6) 过60目7) 成型: 加3%纤维素粉(上海出),再加3%CMC(IH8)混合搅匀,再过60目.每片锌极重31.6g,压力120Kg/cm2(摸具垫纸,便于脱摸).3电液KOH d=1.3—1.44指标S c=50 ╳90mm2, Wc=11g, δ=1.8—2.2mm2双电极放电至1.1V, 3A 放20AH.5总装: 尼龙冲压壳,环氧胶粘结●清华实验室锌空气电池工艺1 Zn极1）除氧Zn +HCl(1:4)→搅拌1H2）汞齐化Zn +HgCl2 →ZnCl2 + Hg Zn : Hg=100 : 4将计算好的HgCl2量加水溶解，倒入1）中，搅拌1H。
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。
科技成果——锌空气燃料电池
科技成果——锌空气燃料电池
技术开发单位中国科学院上海高等研究院
技术概述为了提升锌空气电池的放电特性，获得高效催化能力的空气电极，本项目从关键材料、核心部件结构和系统集成等多方面协同解决：
1、开发了新型非贵金属催化剂，采用双层、三维网络结构的制作工艺制作空气电极的催化层，显著增加了反应的活性比表面，提高了催化剂利用率的同时降低电池内阻，从而提高了电池的性能。
2、通过调节空气电极的气体扩散层微孔结构和憎水性，实现了空气电极产生更多的憎水性微孔，防“水”透“气”，更好的阻隔电解液通过，让阴极有稳定的工作性能和更长的工作寿命。
3、在电池的结构上，通过一体化设计、模块化的开发和自由组合的模式，提升了电池生产工艺的工程化水平，以满足不同场合的应用和用电需求。
主要技术指标
先进程度国内领先
技术状态试生产、应用开发阶段
适用范围单兵电源，通讯电源，电动车、游艇电源等。
专利状态授权发明专利2项，实用新型专利1项。
合作方式合作开发、技术服务
预期效益基于自主核心技术的金属空气电池的产业化和工程化，有望引领我国金属空气电池领域的技术革新、实现相关产业的快速发展并抢占产业高地，将产生极大的经济和社会效益。
锌空气电池简介
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。
锌空电池充放电电压
锌空电池充放电电压
锌空电池（Zinc Air Battery）是一种常见的碱性锌空气电池，它是一种以锌作为负极材料，空气中的氧气作为正极材料的电池。
在充电时，锌空电池的负极反应是锌（Zn）被氧化成锌氧化物（ZnO），同时释放出电子；正极反应是氧气（O2）在电解液中得到电子被还原成氢氧根离子（OH）。
充放电电压会随着电池的充放电状态而变化，以下是一个简化的描述：
放电状态：在放电过程中，电池的电压通常在1.2至1. 5伏特之间，这取决于电池的类型和制造工艺。
充电状态：在充电过程中，电池的电压会逐渐上升，从放电结束时的较低电压（通常是1伏特左右）逐渐增加到充满电时的电压，这个电压通常高于放电时的电压。
需要注意的是，锌空电池的放电电压和充电电压可能会因为电池的具体设计、制造工艺、电解液的种类和浓度等因素而有所不同。
此外，电池的放电和充电曲线可以提供更为详细的信息，包括电池的容量、循环寿命和自放电特性等。
如果需要准确的数据，建议查阅具体的电池技术规格或咨询电池制造商。
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3.2 开路电压
1
对于刚制成的锌空气电池，电 池的开路电压高达 1.536V
2ห้องสมุดไป่ตู้
随着放置时间的增加，开路电 压逐渐减小，当静置 3600min 后，电压降至 1.4V。
粘接剂含 量过多， 阻碍电极 中电子的 1 传输，增 加内阻， 会导致电 池的放电 电压变低
3.3 粘接剂
粘接剂含量太少，会
影响电极成分的粘接 2 程度，干燥后的电极
THANK YOU !!!
浙江科技学院能源与环境系统工程系
锌空电池的放电特性
制 作：JQ 指导教师：××× 日 期：2016年5月25日
1 电池概述 2 放电特性
CONTENT
3 影响因素（不同条件下的放电特性） 4 前景展望
1
电池概述
概述
简介
锌空气电池（ zinc air battery），用
01 活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正
容易发生干裂甚至脱 落
3.4锌电极物理状态
锌粉电极在小电流放电和大电流 放电的性能差别最大，锌粉催化剂电 极在大电流放电时容量有部分减少。 锌片电极小电流放电和大电流放电的 容量差别不大，但大电流放电时放电 电压都有较大程度的减少。由于锌粉 的比表面积大，因此含锌粉的电极在 电解液中更容易发生自腐蚀，使电池 容量降低。
参考文献
【1】周春森，《锌-空气电池催化剂的制备及其性能的研究》，昆明理工大学硕士学位论文，2011 【2】李升宪 , 周贵茂, 艾新平等《圆柱型锌空气电池研究》，电化学，2000 【3】赵娟娟，《电动车用锌空动力电池的研究》，吉林大学硕士学位论文，2014 【4】邵剑娟，《圆柱形锌空电池的研究》，哈尔滨工业大学硕士学位论文，2006
3
影响因素
影响因素
1 2 催化层
开路电压
3 4 粘接剂
锌电极物理状态
5 6 锌片厚度
电解液
3.1催化层
3.1.1 催化剂浓度
锌空电池的空气扩散电极的主要 成分是催化层，理论上催化剂含 量越多，催化效果越好，实质上 催化剂含量过高，增加电池的内 阻，反而影响催化性能，催化效 果不佳。
3.1 催化层
3.1.2 催化层厚度
（1）催化层太薄，电解质的水 分容易将催化层浸没，减弱催化 性能，降低催化活性。 （2）催化层太厚，增加了氧扩 散路程和时间，减少氧扩散量， 同样降低催化活性。研究发现， 催化层厚度为2mm较佳。
3.1 催化层
3.1.3 催化层PTFE
含量
PTFE（聚四氟乙烯）在电池中其 翠花作用，同时有利于增加扩散 毛细微孔的孔隙率，增加微孔数 目，使样扩散量提高，加强催化 性能。理论上越多越好，实质上 过量后，多余的被挤到极板边缘， 毛细微孔变小，减少氧扩散量， 增加内阻，催化效果下降。
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。
阴极反应 Zn + 2OH– → ZnO + H2O + 2e–
03
end
start
02
电压
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。 总反应： 2Zn + O2→ 2ZnO
前景
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。
3.5 锌片厚度
锌片厚度越小，锌 的利用率越高，电池的 容量密度越大，本文实 验所使用的锌片最小厚 度是 0.1mm，其放电容 量最大，锌的利用率最 高。厚度为 1mm 的锌 片恒流放电时的容量密 度可达 750m Ah/g 以 上，锌的利用率达 55% 以上。
3.6 电解液浓度
碱性锌空电池，使用氢氧化钾溶液做 实验，发现室温条件下电导率随电解 质质量分数增加而增大，当质量分数 达到33%时，电导率最高，继续增加 电解质浓度，电导率呈缓慢下降趋势。
04
阳极反应 O2 + 2H2O + 4e– → 4OH–
2
放电特性
放电特性曲线
在放电过程中，电池的阴极及空气 电极化学性质不变，因而电池的放 电电压能保持很平稳。锌空气典型 放电曲线，在起始电压瞬时下降以 后，放电曲线比较平稳，与锌氧化 汞电池和锌氧化银电池相比，以相 同的符合连续放电，锌空气电池的 放电时间是其他电池的两倍左右。 （参考文献1）
3.6 电解液温度
溶液电导率随温度 升高而增大，当温度超 过60摄氏度时，变化减 缓。这是由于温度升高 使溶液的能量升高，离 子的运动速度增加，离 子在电解液中的扩撒能 力增强。
4 前景展望
（1）电池容量大。 （2）比能量高。 （3）自放电少，储存寿 命好。 （4）生产成本低、价格 低廉。 （5）环保无污染。