锌聚苯胺电池

项 目 名 称： 电动汽车新型动力电池（锌-聚苯胺电池、
锌-空气燃料电池）
一、立项理由
1．项目立项的必要性、目的及意义
能源短缺、环境污染、气候变暖是全球汽车和能源产业面对的共同挑战，各
国政府及产业界纷纷提出各自发展战略，积极应对，以保持其汽车和能源产业的
可持续发展，并提高未来的国际竞争力。发展新能源汽车是实现汽车工业可持续
发展的必由之路。
作为新能源汽车的动力源，现在还没有任何一种电池能与石油相提并论，动
力电池已成为限制电动汽车发展的瓶颈。因此，研究和开发安全可靠、成本低廉、
性能优良、环境友好的锌-聚苯胺电池和锌-空气燃料电池，对促进电动汽车的发展
和加快电动汽车的商品化进程，具有十分重要的现实意义。
2．国内外相关产品与技术发展的概况
目前国内外锌-聚苯胺电池只是处于研究阶段，市场上还没有成熟产品。聚苯
胺材料具有优异的物理化学性能，其掺杂/脱掺杂的过程可逆性好。与传统无机化
合物相比，由于聚苯胺的比重低，能量和功率密度高，可作为二次电池的理想电
极材料。目前研究的锌-聚苯胺电池，与传统的二次电池（铅酸、镍氢、锂离子）
相比，具有成本低廉、使用安全、寿命长、污染小等优点，是目前国际研究的热
点。但由于下面几个原因，锌-聚苯胺电池还没能实现商品化。
1）电池充电时，聚苯胺易发生降解，影响电池寿命；
2）Zn电极的钝化，影响电池放电容量；
3）在电池充电期间，Zn电极形成枝晶，影响电池寿命。
目前国内外使用的锌-空气电池是充电电池，具有容量大、比能量高、放电稳
定、环境友好、内阻小及价格便宜等优点，其应用领域广泛。但用于电动汽车上
的锌-空气电池，存在以下不足，使用受到限制。
1）电池电解液的碳酸化及“干凅和吸潮”，影响电池寿命；
2）空气电极催化剂活性偏低，影响电池充放电的电流密度；
3）在电池充放电期间，Zn电极出现枝晶，因而电池寿命短。
3．该项目完成后市场需求前景、推广应用领域、达到的技术水平
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电动汽车是未来汽车的发展趋势，但动力电池已成为限制电动汽车发展的瓶
颈。现在使用的电动汽车动力电池，存在各种各样问题，很难在电动汽车上大量
推广使用，例如：铅酸蓄电池，比能量较低，污染环境；镍氢电池，比能量较低；
锂离子电池，成本高、存在安全隐患；燃料电池，成本高，铂系金属催化剂资源
少。该项目开发的锌-聚苯胺电池和锌-空气燃料电池克服了上述电池的不足，尤其
在价格方面优势明显。动力电池在电动汽车领域市场需求量非常大，将锌-聚苯胺
电池和锌-空气燃料电池推广应用于该领域，可使消费者普遍接受。锌-聚苯胺电池
和锌-空气燃料电池的技术水平可达到国际领先地位，一旦在电动汽车上大量推广
使用，将是电动汽车动力电池的一场革命。同时，这两种电池也可以推广到电动
自行车、电动摩托车、电动叉车等领域。
二、已取得的技术突破
我们研究和开发的锌-聚苯胺电池，其结构简单，目前取得了以下技术突破：
1）通过改善聚苯胺合成条件，提高了聚苯胺放电容量；
2）改变电池充电制度，有效地防止了聚苯胺的降解；
3）通过向Zn电极中加入合金材料，消除了Zn电极的钝化，增大了氢析出的
过电位，即抑制了氢气的析出；
4）在电解液中加入添加剂，抑制了电池充放电期间，Zn电极枝晶的形成。
锌-聚苯胺电池可制成密封免维护电池。
我们研究和开发的锌-空气电池是一种循环电解液锌-空气燃料电池。这种电池
不需要外部充电，是靠添加锌粒满足电池需要的活性物质。与锌-空气充电电池对
比，电池系统需配备鼓风机和蠕动泵辅助设备，其技术特点是：
1）采用新法制备的Ag/C作为空气电极催化剂，所用银的量是铂的2.5倍就可
以到达铂的催化效果，解决了空气电极催化剂活性偏低的问题；
2）由加料室向锌电极源源不断提供锌粒，而非对电池进行充电，因而避免了
Zn电极枝晶的出现；
3）采用循环电解液，避免了电解液的碳酸化（碳酸化引起空气电极污染中毒）
及“干凅和吸潮”的现象，解决了电池寿命短的问题。
三、要达到的技术性能指标和参数
锌-聚苯胺电池要达到的主要技术性能指标和参数如下：
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单池开路电压：1.3-1.4V；
聚苯胺比容量：120 Ah/kg；
电池比能量：80Wh/kg；
放电电流：3~5倍率；
循环寿命：800次；
单体电压：48V；
单体体积：32×20×20cm；
单体重量：32kg；
电池成本：1500元。

锌-空气燃料电池要达到的主要技术性能指标和参数如下：
单池开路电压：1.4-1.5V；
功率密度：90mW/cm2；
电池比功率：150W/L；
放电电流：9~10倍率；
使用寿命：8年；
锌-空气燃料电池为整体电池，其体积、重量与电池容量有关。
如果电池电压为96V，最大电流160A，则电池体积为80×20×20cm，电池成
本为5000元。
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四、效益分析
1．企业经济效益分析
目前因动力电池的原因，电动汽车发展缓慢，不能推广使用。本项目研究和
开发的锌-聚苯胺电池和锌-空气燃料电池，其特点是安全可靠、成本低廉、性能优
良、环境友好，不但适合于电动汽车使用，而且可广泛应用于电动自行车、电动
摩托车和电动叉车等。这两种动力电池研究开发成功后，投入市场，可被客户普
遍接受，市场前景广阔，销售潜力巨大，经济效益可观。
2．社会效益
锌-聚苯胺电池和锌-空气燃料电池投入市场后，可加快电动汽车的推广使用，
缓解石油危机、减少环境污染和二氧化碳排放，可实现汽车工业的可持续发展，
做到社会效益、经济效益和环境效益相统一。

五、完成项目的风险分析及保证措施
1．完成项目的风险分析
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目前，我们已完成锌-聚苯胺电池和锌-空气燃料电池的模拟电池的实验室性能
测试，均达到预定技术指标。中试阶段，将制造出锌-聚苯胺电池和锌-空气燃料电
池的样本电池。样本电池的规格大小不同于实验室的模拟电池，考虑到产业化，
制造样本电池的工艺与模拟电池相比，也要有所变化，因此，存在着样本电池可
能达不到模拟电池的技术指标的风险。
2．为规避风险所采取的措施及方法
项目组必需查阅大量相关资料、经过充分调研，在长期研究工作的基础上提
出一套确实可靠的电池的工艺制造方法。对应模拟电池，对制造样本电池的工艺
改变，要反复实验测试，直至达成预期的结果。同时要优化电池的结构设计，掌
握电池的最新发展动态，瞄准新材料在电池中的应用。采取这些措施和方法，在
中试阶段遇到的风险是可以避免的。
几种电池的性能比较

性能参数 单位 铅酸蓄电池 锌-空燃料电池 锌-聚苯胺电池 锂离子电池
体积比能量 Wh/L 120 500 170 210
重量比能量 Wh/kg 30~40 180-220 80 120
体积功率密度 W/L 760 350 900 1000
重量功率密度 W/kg 200~300 100-200 300~700 400~1000
循环寿命 次 300 — 800 1000以上
正常充电时间 h 7-8 — 5-6 3-4
安全性 好 好 好 有爆炸危险
环保性 有污染 无污染 无污染 有潜在污染
价格 元/Wh 0.7 0.7 0.6 4.0以上