锌空气电池催化剂
锌空气电池的研究现状及发展前景
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＺｉｎｃ－ａｉｒＢａｔｔｅｒｙ
ＺｏｕＸｉａｏｋａｎｇ，ＨｅＪｉａｎｃｈｅｎｇ，ＧｕｏＬｅｉ，ＹａｎｇＨｏｎｇ，ＷａｎｇＣｈａｎｇｍｅｉ，ＬｉＣｈａｎｇｚｈｅｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｒｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｏｎｇｒｅｎ ５５４３００，Ｃｈｉｎａ）
第 ２期
邹小康，等：锌 －空气电池的研究现状及发展前景
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电时电压变化平 稳。 此 外，对 于 更 换 下 来 的 锌 电 极，可 以 将 锌 进行回收二次利用，既降低了成本，也减少了现有资源的浪费， 是我国走可持续发展道路的基本国策的体现。
收稿日期：２０１８－１０－３１ 基金项目：国家自然科学基金项目（２１７０６１９５）；贵州省科技基础研究计划项目（黔科合基础 ２０１６－１１４９）；贵州省教育厅普通
高等学校科技拔尖人才项目（黔教合 ＫＹ字 ２０１６－１０５）；贵州省大学生创新创业训练计划项目（２０１８５２１２５０） 作者简介：邹小康 （１９９７—），贵州思南人；通信作者：郭 雷（１９８７—），河南商丘人，博士，教授，主要从事应用电化学方面的研 究工作。
的电解质为强碱（ＫＯＨ、ＮａＯＨ）和盐（ＮＨ４Ｃｌ）溶液，其能量密度 可达到锂离子电池的 ３～４倍。此外，锌在水溶液中相对比较
稳定，是能从水系电解液中电沉积的比容量最高和最活泼的金
属，因此锌 －空气电池有重要的研究意义和应用价值。图 １给
出了碱性锌 －空气电池的工作机理示意图，其电极反应原理如
下［４］：
负极：４ＯＨ－→Ｚｎ（ＯＨ）２４－ ＋２ｅ－
（１）
Ｚｎ（ＯＨ）２ ４－ →ＺｎＯ＋Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ－
锌空气电池电解质的发展
锌空气电池电解质的发展【摘要】锌空气电池是一种新型环保能源储存技术，其电解质的研究一直备受关注。
本文主要围绕锌空气电池电解质的发展展开讨论。
首先介绍了锌空气电池电解质的背景，然后分析了目前的研究现状和存在的问题与挑战。
接着探讨了锌空气电池电解质的发展趋势和关键技术，重点讨论了材料选择的重要性。
展望了锌空气电池电解质的未来发展前景。
通过本文的介绍，读者可以更全面地了解锌空气电池电解质的研究现状和未来发展方向，为相关领域的研究提供参考和借鉴。
【关键词】锌空气电池电解质、发展背景、研究现状、问题与挑战、发展趋势、关键技术、材料选择、未来展望1. 引言1.1 锌空气电池电解质的发展背景在这样的背景下，本文将对锌空气电池电解质的研究现状、问题与挑战、发展趋势、关键技术和材料选择进行深入探讨，以期为锌空气电池的进一步发展提供参考和启示。
2. 正文2.1 锌空气电池电解质研究现状锌空气电池是一种新型的可再充电电池，具有高能量密度和环保的特点，因此备受研究者们的关注。
电解质作为锌空气电池中的重要组成部分，影响着其性能和稳定性。
目前，关于锌空气电池电解质的研究主要集中在改善其导电性、稳定性和溶解度上。
研究人员通过优化电解质组分的配比，设计合适的添加剂，以及改变电解液的结构等方法，不断提高了电解质的离子传导性能，延长了锌空气电池的循环寿命。
还有一些研究表明，采用固态电解质可以有效提高锌空气电池的安全性和循环稳定性，成为未来研究的重点方向之一。
而在电解液中添加一些锂盐或多原子阴离子也被证明可以改善电解质的溶解度和离子传导性能，进一步提升锌空气电池的性能。
锌空气电池电解质的研究取得了一定的进展，但仍然面临着许多挑战。
未来的研究需要继续深入探索新型电解质材料，提高电解质的性能和稳定性，为锌空气电池的商业化应用奠定更加坚实的基础。
2.2 锌空气电池电解质的问题与挑战在锌空气电池电解质研究中，虽然取得了一些进展，但仍然面临着一些问题与挑战。
锌空气电池正极材料及工艺流程
锌空气电池正极材料及工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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在进行锌空气电池正极材料的制备和相关工艺流程之前，需要做好充分的准备工作。
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。
锌空气电池的应用市场前景分析
锌-空气电池的应用市场前景分析1.电动汽车发展的现状及前景以石油产品为燃料的汽车是最主要的现代交通运输工具，它给人们带来方便和快捷的同时，也带来了无法回避的环境问题。
根据上个世纪七八十年代美国、日本对城市空气污染源的调查，城市空气中90%以上的一氧化碳，60%以上的碳氢化合物和30%以上的氮氧化物来自汽车排放出的气体。
这些污浊的气体使人类的生存环境受到极大威胁。
随着保护环境、节约能源的呼声日益高涨，新一代电动车作为无污染、能源可多样化配置的新型交通工具，引起了人们的普遍关注并得到了极大的发展。
电动车具有电力驱动、行驶无排放(或低排放)、噪声低、能量转化效率高等特点。
早在20世纪初期，在欧洲和美国的轿车驱动系统上，曾使用过电力驱动系统，当时的电动车以取代了昔日的马车和自行车成为主要交通工具。
由于电池等关键技术的困扰，以及燃油车的发展，100年来电动汽车的开发一直受到限制。
在美国，已有几个州要求汽车制造上发展和销售零排放汽车(ZEVs)。
加利福尼亚航空资源委员会(CARB)和7个主要汽车制造商(克莱斯勒、福特、通用、本田、马自达、尼桑和丰田)在1996年签订协议，要求在这个州销售新的汽车和轻型卡车中必须有2%为零排放，到2003年应有10%为零排放。
日本国际贸易与工业厅(MIZI)在东京发起一个大的工程—锂离子电池贮能及技术联合会(LIBES)，发展电动车用二次电池。
日本电动车协会于1991年10月制定了2000年电动汽车普及计划，到2000年日本电动汽车达到20万辆，为1991年的200倍。
我国也在国家“八五”、“九五”计划中安排了电动车辆的研究开发项目，并提出了国家“清洁车辆行动计划”，开发和使用电力驱动汽车。
电动汽车与传统燃油汽车(又称内燃机汽车)相比，有其自身的许多优点。
1．无污染，噪声低电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气洁净是十分有益的。
众所周知，内燃机汽车废气中的CO、HC及NO x、微粒等污染物是形成酸雨、酸雾及光化学烟雾的主要原因。
锌空气电池
锌空气电池( zinc air battery)，用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，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。
分为中性和碱性两个体系的锌空气电池，分别用字母A和P表示，其后再用数字表示电池的型号。
1.什么是锌空气电池锌空气电池是以空气中的氧气为正极活性物质，金属锌为负极活性物质的一种新型化学电源。
锌空气电池是一种半蓄电池半燃料电池。
首先，负极活性物质同锌锰、铅等蓄电池一样封装在电池内部，具有蓄电池的特点；其次，正极活性物质来自电池外部的空气中所含的氧。
锌-空气电池的电压为1.4 V左右，放电电流受活性炭电极吸附氧及扩散速度的制约。
纽扣形锌-空气电池的电荷量在200~400 mA·h，已广泛用于助听器中。
2.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。
3.锌空气电池的优缺点优点1.电池容量大。
空气电极工作正常的话，锌空气电池的理论容量是由负极活性物质的量决定的。
负极（锌电极）位于电池内部，正极（空气电极）紧接电池外壳内侧，而且正极活性物质是来自空气中的氧气，所以空气电极占据电池的空间非常小，因此，在相同的体积和重量下，锌空气电池内可以装填更多的负极反应物质，从而与传统电池相比，它具有更高的容量（锌空气电池的制造成本与同型号碱性锌锰电池的大体相同，但容量却是同型号碱性锌锰电池的2.5倍以上,是普通干电池的5－7倍）。
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。
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锌空气电池催化剂
锌空气电池是一种新型的电池，它具有高能量密度、低成本、环保等
优点，因此备受关注。
然而，锌空气电池的催化剂问题一直是制约其
商业化应用的瓶颈之一。
本文将介绍锌空气电池催化剂的研究现状和
未来发展方向。
一、锌空气电池催化剂的研究现状
锌空气电池的催化剂主要是用于氧还原反应（ORR）和锌氧化反应（ZnOR）的催化剂。
目前，常用的ORR催化剂有铂、银、金等贵金属，但这些催化剂成本高、稀缺、易受污染等问题限制了其商业化应用。
因此，研究人员开始寻找替代品。
一些非贵金属催化剂，如过渡
金属氮化物、碳基材料、金属有机框架等，具有成本低、催化活性高、稳定性好等优点，受到了广泛关注。
但这些催化剂的催化活性和稳定
性仍需进一步提高。
ZnOR催化剂的研究相对较少，主要是用于提高锌电极的反应速率和
电化学性能。
目前，常用的ZnOR催化剂有氧化铜、氧化铁、氧化锌等。
这些催化剂的作用机理主要是通过提高锌电极表面的电化学反应
速率来提高电池性能。
但这些催化剂的稳定性和催化活性仍需进一步
提高。
二、锌空气电池催化剂的未来发展方向
未来，锌空气电池催化剂的发展方向主要是降低成本、提高催化活性
和稳定性。
具体来说，可以从以下几个方面入手：
1. 开发新型催化剂。
研究人员可以通过合成新型材料、改进制备工艺
等手段，开发出更具催化活性和稳定性的催化剂。
例如，可以研究过
渡金属氮化物、碳基材料、金属有机框架等新型催化剂的应用。
2. 优化催化剂结构。
通过优化催化剂的结构，可以提高其催化活性和
稳定性。
例如，可以研究催化剂的晶体结构、表面形貌、孔隙结构等
对催化性能的影响。
3. 提高催化剂的使用效率。
通过提高催化剂的使用效率，可以降低电
池成本。
例如，可以研究催化剂的载体、浸渍工艺等对催化性能的影响。
4. 开发可持续的催化剂。
研究人员可以开发可持续的催化剂，例如生
物质催化剂、废弃物催化剂等，以降低成本和环境污染。
总之，锌空气电池催化剂的研究是锌空气电池商业化应用的关键之一。
未来，研究人员将继续探索新型催化剂、优化催化剂结构、提高催化
剂使用效率、开发可持续的催化剂等方向，以推动锌空气电池的商业化应用。