《新能源汽车电池及管理系统检修》课件-锌空气电池

金属Zn资源丰富、价格低廉，被广泛地运用于作为电池的负极材料。锌电极在碱性水溶液中容易发生自放电，充放电循环过程中还容易发生电极变形和枝晶问题。锌空气电池的容量取决于锌电极，由于充电时锌负极容易出现锌枝晶的变形和下沉问题，影响电极的循环性能，因此，在二次可充电锌空气电池中采用具有良好性能的三维网络状骨架结构，孔隙率高且微孔分布均匀，可提高电极的真实微观表面积，有效降低其真实电流密度，使得电解液扩散容易，电极极化减缓，放电性能提高，比较适合高倍率放电的要求。锌空气电池结构如图所示，主要由空气电极、电解液和锌阳极构成。锌空气电池以空气中的氧作为正极活性物质，金属锌作为负极活性物质，多孔活性炭作为正极，铂或其他材料作为催化剂，使用碱性电解质。2、锌空气电池氧气经多孔电极扩散层扩散到达催化层，在催化剂微团表面的三相界面处与水发生反应，吸收电子，生成OH-，阳极的锌与电解液中的OH-发生电化学反应，生成ZnO和H2O，并释放出电子，电子被集电层收集起来，在外电路中产生电流。2、锌空气电池(见视频)电池工作的化学反应式如下负极反应式：正极反应式：总电池反应式:2、锌空气电池锌空气电池的分类锌空气电池根据其充电的方式，以及在电动车辆及其他领域上应用的特点可分为三类：直接再充式锌空气电池、机械充电式锌空气电池以及注入式锌空气电池。2、锌空气电池直接再充式锌空气电池直接对锌空气电池的锌电极充电，锌在碱性溶液中的电化学活性很大，同时热力学性质不稳定，充电产物锌酸盐在强碱溶液中的溶解度较高，容易出现电极变形、枝晶生长、自腐蚀及钝化等现象，从而导致电极逐渐失效。另外，空气电极可逆性差，在大气环境中电解液容易碳酸化，且电解液受空气湿度的影响较大。当空气相对湿度较低时，电池将损失水分，导致电解液不足电池失效；当空气相对湿度较高时，电解液变稀，导电率降低，还有可能淹没气体电极的催化层，降低电极活性，从而导致电池失效。因此，直接再充式锌空气电池的应用受到了一定的限制。机械充电式锌空气电池机械式充电是指在电池完全放电后，将电池中用过的锌电极取出，换入新的锌电极，或者将整个电池组进行完全更换，整个过程控制在较短的时间内(3～5min)。使用过的锌电极或锌空气电池可在专门锌回收利用厂进行回收再加工，实现绿色环保无污染生产。以以色列研制的该类电池为例：锌空气电池比能量达到180～220W·h／kg，在80%放电深度时峰值比功率可达100w／h。采用的电池模块由22块单体电池组成，容量和能量分别达到：250Ah和625kWh。整个电池组由24个模块组成，总能量为150kWh，质量约800kg。机械更换电极或电池后锌电极的再生该电池组更换一次锌电极可以使得车辆续驶里程超过300km，已成功应用于德国邮政车辆。锌电极更换和再利用工作由专门的充电站来完成。注入式锌空气电池注入式锌空气电池的基本原理与机械充电式锌空气电池相似，本质上都是采用更换锌极活性物质。该种电池是将配制好的锌膏源源不断地通过挤压或压力输送送入电池内，同时将反应完毕的混合物抽取到电池外，这样在电动车辆上应用时，电池系统只需携带盛放锌膏的燃料罐，燃料罐加注足够的锌膏燃料就可实现车辆的连续行驶。注入式锌空气电池以及锌空气电池电动高尔夫球车图片。Page502、锌空气电池锌空气电池的优点(1)容量大：空气电极的活性物质氧气来自周围的空气，材料不占用电池空间，在相同体积、重量的情况下，锌空气电池就储存了更多的反应原料，因而容量就会高出很多。(2)能量密度高：理论可达1350W·h/kg，目前已研制成功的锌空气电池比能量已经可以达到200W·h／kg以上，是铅酸电池的5倍。(3)价格低廉：阴极活性物质氧气来自空气，除了空气催化电极之外，不需要任何高成本组件；阳极活性物质锌来源充足，资源丰富，价格便宜，并且锌可回收利用，价格可进一步降低。2、锌空气电池锌空气电池的优点(4)储存寿命好:锌空气电池在储存过程中均采用密封措施，将电池的空气孔与外界隔绝，因而电池的容量损失极小，储存寿命好。(5)锌可以回收利用、制造成本低:锌来源丰富，生产成本较低、回收再生方便且再生成本较低。(6)绿色环保:锌空气金属燃料电池负极物质放电完毕后变成氧化锌，可通过电解还原成锌。在使用完毕后，正负极物质容易分离，便于集中回收，对于某些不便回收的场合，由于锌空气金属燃料电池内无有害物质即使抛弃也不会造成环境污染。2、锌空气电池锌空气电池的应用中存在的问题1)防止电解液中水分的蒸发或电解液的吸潮。2)避免锌电极的直接氧化。3)防止锌枝晶的生长。4)提高空气电极催化剂活性。5)控制电解液的碳酸化。6)解决电池的发热和温升问题。2、锌空气电池2、锌空气电池的应用助听器用电池锌空气电池的应用1995年以色列电燃料（ElectricFuel）有限公司首次将锌空气电池用于载重1000kg、总重3500kg的电动邮车上，使得锌空气电池进入了实用化阶段。实验结果为：比能量达到207Wh/kg350kg的锌空气电池使电动邮车行驶了300km最高车速可达120km/h由静止加速到80km/h为12s更换锌粒匣和灌满电解质的时间为2min以色列设有每小时能处理10kg锌的再生处理厂，可以供给10～15辆电动邮车更换锌粒匣服务。美、德、瑞典等都在EV上积极推广锌空气电池。美国DreisbackElectromotive公司开发的锌空气电池，已在公共汽车和总重9t的货车上使用，公共汽车可连续行驶10h左右，货车最大续驶里程达113km。德国奔驰汽车公司的MB410型电动厢式车采用150kWh的锌空气电池，从法国的Chambery城越过阿尔卑斯山，连续爬坡150km，公路全程244km，到达意大利的都灵，仅消耗了65%的电量（97.5kWh）。该车从德国的不莱梅到波恩，最高车速达到120km/h，一次充电后走完全程425km的路程。

瑞典斯德哥尔摩市的电动货车、客车和服务车辆上的锌空气电池比能量180Wh/kg，比功率100Wh/L，续驶里程350～425km之间。该市的锌空气电池废料回收处理能力为250kg/h，可为150辆EV提供再生的锌粒。锌空气电池的应用国内部分厂家已经在注入式锌空气电池方面开展