关于锌空电池的认识
光热 锌空电池
光热锌空电池
光热效应被用来增强锌空气电池（ZAB）的性能，尤其是提高氧还原和析出活性。
锌空气电池是一种具有高理论比能密度、低成本、高安全性和环境友好性的储能设备。
在典型的ZAB中，能量的存储和释放主要通过锌阳极和空气阴极之间的氧化还原反应来实现。
然而，空气阴极在充电和放电过程中面临着缓慢的氧还原和氧析出反应（ORR/OER）动力学，这会导致过电位过大，是其主要挑战之一。
为了克服这些挑战，研究人员开发了一种利用光热效应的策略。
这种策略涉及使用一种双功能电催化剂，其中包含封装在氮掺杂还原氧化石墨烯中的Co3O4纳米颗粒（表示为Co3O4/N-rGO）作为活性材料和光热组件。
在光照下，Co3O4/N-rGO展现出显著的光热效应，这使得电极局部和即时加热，从而增加了更多的活性位点，提高了导电性，并改善了气泡的释放。
此外，南开大学的李福军团队基于光激发ORR与OER构建了一种夹心三明治结构的高性能锌-空气电池。
这种电池结构的设计也是为了提高电池的性能，使其成为一种具有竞争力的能源储存装置。
综上所述，光热效应的应用在提升锌空气电池性能方面显示出了巨大的潜力，尤其是在提高氧还原和析出反应的效率上。
这些研究进展对于推动锌空气电池的商业化和可持续发展具有重要意义。
锌空气蓄电池
锌空气蓄电池锌空气电池又称锌氧电池，是金属空气电池的一种。
锌空气电池比能理论值是1350W·h/kg，现在的比能量已达到了230Wh/kg，几乎是铅酸电池的8倍。
可见锌空气电池的发展空间非常大。
锌空气电池只能采取抽换锌电极的办法进行“机械式充电”。
更换电极的时间在3min即可完成。
换上新的锌电极，“充电”时间极短，非常方便。
如此种电池得到发展，省去了充电站等社会保障设施的兴建。
锌电极可在超市、电池经营点、汽配商店等购买，对普及此电池电动车十分有利。
这种电池具有体积小，电荷容量大，质量小，能在宽广的温度范围内正常工作，且无腐蚀，工作安全可靠，成本低廉等优点。
现在试验电池的电荷容量仅是铅酸电池的5倍，不甚理想。
但5倍于铅酸电池的电荷量已引起了世人的关注，美国、墨西哥，新加坡及一些欧洲国家都已在邮政车、公共汽车、摩托车上进行试用，也是一极有前途的电动车用电池。
前不久，有报道称中航国际公司与北京长力公司在京签约合作开展锌空气电池产业化项目，北京锌空气电池研究中心也一并揭牌。
两家公司将共同投资5亿元，预计在3年时间内实现锌空气电池的产业化。
有报道称，锌空气电池将会成为21世纪理想动力源，大有代替锂电池一举称霸电池市场的态势。
锌空气电池看似“要火”，而在这热火朝天大张旗鼓的干劲背后也有不同的声音。
有关业内人士认为，锌空气电池的产业化生产只不过是众多炒作概念中的一个，现实推广难度非常之大。
锌空气电池也在炒概念？比起大众熟悉的铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池等产品，锌空气电池似乎不太为人们所知。
据中国电池协会副理事长、技术委员会主任王金良介绍，锌空气电池亦称锌氧电池，是金属空气电池的一种。
它是以活性物质锌作为正极，以空气中的氧作为负极的电池。
在原理上等同于锌这个固体燃料在燃烧，从此意义上理解也可称其为燃料电池。
负极活性物质氧直接来源于空气，不受电池体积大小的影响，电池的体积只取决于正极材料的大小。
空气是无形的，不能直接构成电板，需利用多孔的石墨作为负极。
锌空气电池 能量密度
锌空气电池能量密度
锌空气电池是一种新型的电池，它的能量密度比传统的干电池和碱性电池要高得多。
锌空气电池的能量密度是指单位体积或单位质量的电能储存量，它是衡量电池性能的重要指标之一。
锌空气电池的优点在于它的能量密度非常高，可以达到每千克储存的电能高达1000瓦时以上，这比传统的干电池和碱性电池要高出很多。
这意味着锌空气电池可以提供更长时间的使用时间和更高的功率输出，因此在一些需要高能量密度的应用中非常有用。
锌空气电池的另一个优点是它们比较环保。
与传统的干电池和碱性电池不同，锌空气电池使用的是空气作为氧化剂，而不是有害的化学物质。
这使得锌空气电池在使用过程中产生的废物更少，更容易处理。
然而，锌空气电池也存在一些缺点。
首先，它们不能被重复充电，因为它们使用的是一次性电池技术。
其次，锌空气电池在高温和潮湿环境下的性能会受到影响。
此外，锌空气电池的价格相对较高，这使得它们在某些应用中不太实用。
总之，锌空气电池是一种非常有前途的电池技术，具有高能量密度和环保等优点。
虽然它们存在一些缺点，但随着技术的不
断进步和成本的降低，锌空气电池将会在未来得到更广泛的应用。
锌空气电池
阳极——是锌粉和电解液的混合物，成糊状。
电解液——高浓度的氢氧化钾水溶液。
隔离层——用于隔离两级间固体粉粒的移动。
绝缘和密封衬垫——尼龙材料。
电池外表面——镍金属外壳，具有良好的防腐性的导体
原理
阳极： Zn + 2OH– → ZnO + H2O + 2e–
锌空气电池（英语：Zinc-air battery）是一类结构特殊的品种。阳极（负极）采用了锌合金。而阴极（正极）材料，则是空气中的氧。在储存时一般保持密封，所以基本上没有自放电。又称锌氧电池，有时也被称为锌空电池。
电池构造成糊状的锌粉在阳极端，起催化作用的碳在阴极。电池壳体上的孔可让空气中的氧进入腔体附着在阴极的碳上。同时，阳极的锌被氧化，这与小型银氧或汞氧电池的化学反应类似。
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。
锌空电池的使用
锌空电池保存的关键在封条，除非电池准备立刻使用，否则不能取下电池阴极封条。模拟试验表明，在室温条件下，存放一年后电量下降到95％，存放两年后电量下降到90％，存放四年后电量仍有85％。撕下封条后，电池被激活并开始工作，在室温环境并不接负载时，根据不同的电池大小规格，3到12周后电池电量下降50%，超过20周电量下降到0-10％。因此锌空电池适用于在很少几周内耗用完电池的场合。如果一旦锌空电池的封条被撕下，空气就进入内部激活电化学反应，此时即使再贴上封条，电化学反应也会继续下去直到电量耗尽。
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。
锌空电池和锌离子电池
锌空电池和锌离子电池一、概述锌空电池和锌离子电池都是以锌为负极材料的电池。
锌空电池的正极材料是空气中的氧气，而锌离子电池的正极材料则是其他氧化剂，例如二氧化锰或钒氧化物。
二、工作原理1. 锌空电池锌空电池在放电过程中，锌负极发生氧化反应，生成锌离子，锌离子迁移到电解液中，并到达正极。
正极的氧气发生还原反应，生成氧离子。
锌离子和氧离子在电解液中结合形成氧化锌。
2. 锌离子电池锌离子电池在放电过程中，锌负极发生氧化反应，生成锌离子，锌离子迁移到电解液中，并到达正极。
正极的氧化剂发生还原反应，吸收电子。
锌离子和氧化剂在电解液中结合形成氧化锌。
三、比较1. 优点•锌空电池和锌离子电池都具有能量密度高、成本低、环保等优点。
2. 缺点•锌空电池的缺点是电压较低、循环寿命较短，且正极容易受到污染。
•锌离子电池的缺点是能量密度低于锌空电池，且正极材料的选择较为困难。
四、应用•锌空电池主要应用于电动汽车、无人机等领域。
•锌离子电池主要应用于可穿戴设备、储能等领域。
五、发展前景锌空电池和锌离子电池都是具有发展潜力的电池技术。
随着技术的进步，锌空电池和锌离子电池的性能将不断提高，应用范围也将不断扩大。
以下是一些锌空电池和锌离子电池的应用案例：•2022年，宁德时代发布了第一代钠离子电池，其正极材料采用了锌离子电池的正极材料之一钒氧化物。
•2023年，特斯拉宣布将推出使用锌空电池的电动汽车。
总结锌空电池和锌离子电池都是具有发展潜力的电池技术。
随着技术的进步，锌空电池和锌离子电池将为我们的生活带来更多的便利。
锌空气电池的集流体概念
锌空气电池的集流体概念
锌空气电池是一种新型环保电池，其正极由锌和空气构成，负极则为集流体。
集流体是锌空气电池中的重要组成部分，其作用是将电子从负极输送至外部电路，同时将正极产生的氢气和水蒸气排出电池。
集流体的选材和设计对锌空气电池的性能和寿命有着重要影响。
传统的集流体采用多孔性材料，例如碳纤维或泡沫铝，但其存在着容易堵塞、生成氢气速度慢等问题。
近年来，研究人员提出了一种新型材料——纳米孔道碳，其具有高孔隙度、高导电性和优异的气体透过性，能够有效提高集流体的性能。
除了材料的选择，集流体的结构设计也至关重要。
优化的结构可以实现更好的气体扩散和液体传输，提高锌空气电池的效率和寿命。
一些新型结构，如双层多孔结构和纳米结构，已经被探索和应用于锌空气电池的集流体设计中。
总之，集流体作为锌空气电池的重要组成部分，其材料和结构的优化将进一步促进锌空气电池技术的发展和应用。
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锌空电池和水系锌离子电池
锌空电池和水系锌离子电池
锌空电池是一种常见的原电池，由锌和电解质组成。
锌作为负极，氧化产生锌离子（Zn2+），电子通过外部电路流动至阳极。
电解质在电池内部进行离子传导，同时维持整个电池的电中性。
水系锌离子电池是一种新型电池，以水作为电解液，利用锌离子（Zn2+）在电池中的氧化还原反应来产生电能。
锌离子通过氧化反应转化为锌氧化物（如Zn(OH)2），同时产生电子。
这些电子通过外部电路流动至阳极，实现电能的输出。
与传统的锌空电池相比，水系锌离子电池具有更高的能量密度和循环稳定性。
水系锌离子电池的电解液可采用常见的自来水，而无需使用有毒的氢氧化钾等电解液。
因此，水系锌离子电池具有较低的成本和环境友好性。
锌空电池和水系锌离子电池广泛应用于各种电子设备和能源存储系统中。
它们在储能领域的应用具有巨大的潜力，可以为可再生能源的利用提供高效、可靠的解决方案。
同时，它们也在一些便携式电子产品中得到了广泛应用，如遥控器、手电筒等。
总之，锌空电池和水系锌离子电池在不同场景中都具有重要的应用价值。
随着技术的不断发展和创新，相信这两种电池将继续为我们的生活和工作带来更多便利与可能性。
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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。
隔离层—用于隔离两级间固体粉粒的移动。
绝缘和密封衬垫—尼龙材料。
电池外表面—镍金属外壳，具有良好的防腐性的导体。
2.3 空气电极
2.3.1 空气电极反应机理
空气电极一般由催化层（约0.2mm）、集流体和防水透气层（0.3mm）组成，通常使用以PTFE(聚四氟乙烯)粘接起来的活性炭、石墨等作为电化学反应的载体。
它利用了空气中的氧气作为正极活性物质来接受电子进行阴极还原。
由于氧气不能直接进行电极反应,它必须在存
在的气—液—固三相界面才能被还原。
在弱酸性和中性介质中空气电极的活性较差，并且电极材料、催化剂容易腐蚀退化等问题，同时也不能满足大功率放电的需要，而碱性介质中空气电极具有较好的性质，因此，目前在的空气电极在碱性环境下工作。
空气电极反应机理比较复杂，一般包含了以下步骤：氧气的溶解过程氧气的扩散过程氧气的吸附过程电化学反应产物脱附、溶解。
在碱性介质中空气电极上的电化学还原反应历程基本上可分为两大类：一类是氧分子首先得到两个电子还原为H2O2(或HO)，然后再进一步还原为水；另一类是氧分子得到4个电子而直接还原成OH-。
纯金属电极中只有在清洁的铂表面上能实现四电子反应途径,而在其它金属或大多数材料上还原反应均通过中间产物HO进行。
过氧化氢中间产物机理的特征是氧分子吸附时，氧—氧(O—O)键不断裂,只有形成过氧化氢中间产物后才分裂，其电化学还原反应为：M + O2 + H2O + 2e-MO2H- + OH- (5)
MO2H- + H2O + 2e-M + 3OH-(6)
其中M表示催化活性中心。
过氧化氢离子还可以在电极表面催化分解
HO OH- + O2(7)
HO对碱性介质空气电极的去极化十分不利，空气电极的电位不能达到较高的要求，因而锌空电池的开路电压也难以接近理想值。
要减少空气电极极化，就必须加速HO的分解，从而达到提高电池的路电压的目的。
因此，需寻求能使反应产生的HO加速分解的催化剂或助催化剂。
2.3.2 空气电极的制备
防水透气层由PTFE(聚四氟乙烯)＋乙炔黑按一定比例用乙醇（工业级）混合而成，可以适当地添加造孔剂,然后反复揉捏至有韧性，滚压机上反复滚压成型。
催化层是将乙炔黑、造孔剂、PTFE乳液与催化剂混合，以乙醇作分散剂,加热搅拌至糊状后辊压成催化膜。
常用的造孔剂有聚乙二醇
200 (PEG200)、(NH4)2C2O4和NH4HCO3等。
据报道，聚乙二醇200 (PEG200)效果相对好些，
(NH4)2C2O4次之。
将防水透气膜，流网(泡沫镍)，催化膜叠合后辊压成空气电极。
空气电极于80℃干燥15min后放进丙酮中浸泡24h取出,于120℃下干燥15min。
2.4 锌电极
锌电极的工艺比较成熟。
常见的有压成式、涂膏式等。
为了减少锌电极的自放电，延长湿贮存的寿命，首先将锌粉汞齐化。
在氯化汞溶液中，徐徐加入锌粉，在60～80℃下充分搅拌，进行锌粉汞齐化，用蒸馏水洗涤汞齐化锌粉至用AgNO3检验无Cl-离子为止。
用酒精多次洗涤、抽虑，然后在真空干燥箱中干燥，冷却后过100目筛。
在汞齐化的锌粉中，加入2％左右的植物纤维素及0.5～1％的聚四氟乙烯乳液，混合均匀，根据电池的容量要求称取配置好的锌粉，放在模具内，中间夹以导电银网或镀银铜网，粉料外垫包一层耐碱棉纸，加压至200kg/cm2左右，即制成锌极，压力的大小直接影响锌电极的孔率，一般根据放电电流密度的大小由试验来决定。
3 锌空电池面临的问题
碱性锌空气电池的优点决定了它的广阔的应用领域。
但是，它固有的弱点制约着它的发展。
由于锌空气电池大多使用多孔气体扩散电极，正极活性物质—氧来源于周围的空气，因此空气电极在工作时暴露于空气中，电池的这一固有的特性，对电池的使用寿命与性能产生很大的危害。
因此，对锌空气电池的研究要针对这一固有的特性带来的负面影响。
发展碱性锌空气电池，需要解决的主要问题为以下几点：
（1）防止电解液中水分的蒸发或电解液的吸潮。
由于空气电极露于空气中，必然会发生电解液水分的蒸发和吸潮问题，这些情况将改变电解液的性能，从而使电池性能下降。
（2）避免锌电极的直接氧化。
由于空气中的氧直接进入电池溶于电解液，在反应过程中形成HO，如果形成的HO未分解，会在空气电极周围积累，使空气电极电位负移，锌电极直接氧化，从而锌电极出现钝化，降低了锌电极的活性。
（3）防止锌枝晶的生长。
由于锌电极本身的自放电反应，使锌腐蚀产生锌枝晶，当锌枝晶生长到一定程度，它就会刺穿电池隔膜，使电池发生短路，而降低电池的性能。
选提高
（4）空气电极催化剂活性。
择空气电极的催化剂，改善空气电极的极化特性，提高电池的工作电压及开路电压，是非常重要的问题。
过去空气电极采用铂、铑、银等贵金属作催化剂，催化效果比较好，但是这使得电池成本很高，电池很难商品化。
后来采用别的催化剂，如碳黑、石墨与二氧化锰的混合物，锌空气电池的成本降低了，但是催化剂活性偏低，影响电池的充、放电电流密度。
因此，必须在催化剂的选择上兼顾效用与经济性两方面的因素。
（5）控制电解液的碳酸化。
在空气中的氧进入电池的同时，空气中的二氧化碳也进入电池，溶于电解液中，使得电解液碳酸化，导致电解液的导电性能下降，电池的内阻增大，同时碳酸盐在正极上的析出使正极的性能下降，不仅影响了电池的放电性能，而且使电池的使用寿命受到很大的影响。
（6）解决电池的发热和温升问题。
当电池大电流放电时，发热不可避免，因此如何使这部分热量排除电池体外或者有计划地利用，成为电池发展必须解决的问题，否则电池组难以正常运行。
4. 锌空电池空气电极催化剂
在锌空电池中，提高氧电极的催化性能，寻找廉价高效的催化剂是锌空电池研究的热点。
目前用作空气电极的催化剂主要有贵金属及其合金,如Pt、Ag及Pt合金等，以及一些金属氧化物，如焦绿石型氧化物、钙钛矿型氧化物和尖晶石型氧化物等。
其中尖晶石型氧化物中新型的催化剂代表物为：LiM x Mn2-x O4(M=Cr、Al)。
引入掺杂元素，如Li、Mg、Ni、Zn、Cu、Al、Cr、Fe、Co、Ga、Ti，以取代部分Mn。
掺杂后的材料降低了Mn3+的相对含量,使锰的平均价态≥3.5，抑制了Jahn-Teller效应，稳定了尖晶石结构，虽不同程度地提高了其循环性能，但电池容量降低。
掺Cr材料显示出良好的循环性能，但是掺杂量较大，造成初始容量较低，由于Cr本身有污染,因此Cr的掺杂应尽量取低水平量。
Al质量较轻，是非过渡金属，变价少，Al3+电子构型稳定，因此，掺Al的材料可能有更好的容量和循环性能，而且Al也具有储量丰富，价格低廉，毒性小等优势。
钙钛矿型金属氧化物（通式为ABO3）由于具有良好的低温导电性、高的催化活性以及价廉易得等优点，被认为是一种很有应用前景的新型空气电极催化材料。
LaMnO3材料是典型的钙钛矿型金属氧化物催化剂，具有很好的催化活性。
目前以金属元素的硝酸盐为主要原料，采用溶胶－凝胶法，在通式ABO3的A 位镧（La）元素上用部分金属元素锶（Sr）进行取代掺杂的方法，成功制备出了具有钙钛矿型晶体结构的金属复合氧化物La1-x Sr x MnO3系列锌空气电池用电催化剂。
当x取一定值时取得了良好的催化效果。