锌空气电池的工作原理,化学表达式

锌空气电池的结构和工作原理

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 ? 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。

锌空气电池正极

锌空气电池正极
锌空气电池是一种基于锌和空气中氧气反应的电池，其正极材料通常是氧化锌（ZnO）。

在锌空气电池中，锌作为负极，会在电池放电时被氧化，同时产生电子流。

而氧化锌作为正极，会在电池充电时接受电子，并与空气中的氧气反应，生成锌氧化物（ZnO2）和水（H2O），同时释放出电子。

反应方程式如下：
Zn + 1/2 O2 + H2O → ZnO + 2OH- + 2e-
在这个反应中，锌和氧气反应生成了锌氧化物和水，同时释放出了电子。

电子流在外部电路中流动，从而产生电能。

氧化锌作为正极材料具有以下优点：
1. 稳定性好：氧化锌在空气中稳定性较好，不易受到空气中的水分和二氧化碳等物质的影响。

2. 导电性能好：氧化锌具有较高的电导率，可以有效地传导电子。

3. 成本较低：氧化锌是一种常见的材料，成本相对较低。

因此，氧化锌作为锌空气电池的正极材料具有很好的应用前景。

锌空气电池

反應：
負極: 正極：
鹼性電池（Alkaline battery），是指使用鋅跟二氧化錳之間的化學反應而產
生電能的電池，可以是原電池或蓄電池。一般鹼性電池使用的電解液是鹼性，因而得名為鹼性電池。鹼性乾電池和碳鋅乾電池正好相反，鋅位於中央部位，外側包裹著二氧化錳。它以二氧化錳為電池的陰極、鋅為陽極，氫氧化鉀水溶液作為電解液。在1950年代，工作於美國公司勁量的Lewis Urry發明了鹼性乾電池，並在 1957年註冊了專利。鹼性電池的容量比碳性電池為高，原因是由粉狀的鋅作負極 (陽極)，可以增加接觸面積，從而增加輸出電流。而用作陰極的二氧化錳有較高的純度同密度，內部零件體積較細（例如電極），也讓出空間，有助增加容量，總的來說比碳性電池多3至5倍容量。化學方程式如下： Zn (s) + 2OH− (aq) → ZnO (s) + H2O (l) + 2e− 2MnO2 (s) + H2O (l) + 2e− →Mn2O3 (s) + 2OH− (aq) 但鹼性電池的容量會隨輸出電流增加而變小，例如同一枚電池可以在低輸出電流時有3000mAh的容量，但當用在取1A電流的負載時，容量只會得700 mAh，小於原來的1/4。單一鹼性電池的電動勢一般是1.5V，但隨不同的二氧化錳及鋅氧化物會使電壓在1.5V至1.65V之間變化。當接上負載後，隨輸出電流的增加電壓會下降，在一般負載下電壓會降至約在1.1V至1.3V之間。鹼性電池所能輸出的電流比碳性電池大，卻比一般蓄電池細。過大的電流會使電池在放電的過程加熱升溫，一般AA電可以輸出700mA電流也不至明顯升溫，較大型號的C、D電可承受更大的升溫。
第一個伏打電池
伏打電堆由很多個單元堆積而成，每一單元有鋅板與銅板各一，其中夾著浸有鹽水的布或紙板以作為電解質。水果電池：鋅、銅片

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。

锌空气电池与锂空气电池

找比能量更高、更便宜的正极材料一直是锂电池发展的方向。
3.金属空气电池提供了很好的电化学性能,包括锌空气电池、镁空气电池、铁空气电池、钙空气电池、锂空气电池等。在这些金属空气电池中,金属负极储存能量,正极空气电极只是作为能量转换的工具,氧气来自空气中,取之不尽,这
样也就带来巨大的比能量,通常金属空气电池的理论比能量均在1000mAh.g-1
锌空气电池与锂空气电池
———从电池的工作原理与组成等方面介绍了锌空气电池与锂空气电池的研究进展
报告人：赵啸宇，端木凡朋
精品课件
锌-空气电池
研究背景：锌-空气电池的开发过程分为四代工作原理：基本的电极反应电池结构：以纽扣电池为例介绍基本结构工作特性：锌-空气电池工作时的特殊性质
步骤）
O2+H2O+2e→O2H-+OH-
O2H-→OH-+1∕2O2（速控
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简化电池截面图
金属氧化物纽扣电池
负极壳绝缘垫圈锌负极
隔膜正极正极壳
锌空气纽扣电池
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电池结构
正极
隔膜催化层金属网疏水膜扩散膜空气分散膜
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电池结构
负极内部将会预留15%-20%的体积为负极自由体积催化层组分为碳与锰的氧化物混合所形成的导电介质正极通过添加很细的聚四氟乙烯微粒，增加疏水性金属网构成结构支架，并且作为集流体疏水膜保持空气和电解液之间的界面，能防止气体透过和防止
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研究背景
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第二代锌-空气电池——纽扣电池
体积小，从纽扣到硬币大小上世纪七十年代曾被作为助听器商业化
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工作原理
锌-空气电池直接使用空气中的氧气参与产生电能的化学反应负极：Zn→Zn2++2e

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（Zinc

锌空气电池（Zinc锌空气电池（Zinc-Air）时间:2010-09-07 21:18来源:新能源汽车聚焦网作者:admin 点击: 362次锌空气电池的正极是氧，负极是锌，电解质是氢氧化钾，它具有比能量大、性能稳定、安全性好、成本低等特点，不足之处是对空气的湿度及二氧化碳十分敏感。

锌空气电池的工作原理锌空气电池的构造锌空气电池的充电特征锌空气电池的放电特性锌空气电池的性能特点锌空气( Zinc- air)电池的发明已有上百年历史。

1995年，以色列电燃料(Electric Fuel)公司首次将锌空气电池用于电动汽车上，使得空气电池进入了实用化阶段。

美国、德国、法国、瑞典、荷兰、芬兰、西班牙、葡萄牙和南非等多个国家也都在电动汽车上积极推广应用锌空气电池。

1. 锌空气电池的工作原理锌空气电池以锌为负极，以氧为正极，以氢氧化钾( KOH)溶液为电解质。

锌空气电池的化学反应与普通碱性电池类似，在特殊催化剂的催化作用下，当电池放电时，锌摄取疏松碳块内从空气中吸附到的氧气，锌和氧发生化学反应生成氧化锌( ZnO)，其正极、负极和总反应的放电时化学反应方程式为：锌空气电池在放电过程中，由于其锌板或锌粒通常被氧化成氧化锌( ZnO)而几乎失效，使得锌空气电池要再充电，其过程进行得十分缓慢。

加快反应速度要有足够的催化剂（如铂、银）。

含有催化剂的电极表面需同时与氧及电解液接触，才能发生氧化还原。

又由于对还原有催化作用的铂族、银族催化剂价格很贵，因而一般采用直接更换锌板或锌粒和电解质的方法，使锌空气电池完全更新，所以锌金属的消耗量较大。

2. 锌空气电池的构造锌空气单体电池的结构如图所示，其中图a为结构图，图b为空气极板的局部放大图。

电池的氧由电池下端(见图a)的空气孔供给，负极活性物质为锌粒，电解质为胶体化的30%氢氧化钾KOH电解液。

其空气极板（见图b）由隔离层、催化剂层、集屯层和空气扩散层等组成。

催化剂层使用表面改性的活性炭或炭黑材料，集电层用导电良好的金属网和塑料制成，空气扩散层用纤维素作扩散纸，催化剂层和空气扩散层之间有用聚四氟乙烯树脂做的含水层。