金属空气电池.doc

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1、金属空气电池金属空气电池(MAB)是一类特殊的燃料电池,也是新一代绿色二次电池的代表之一,具有成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高等优点,既有丰富的资源,还能再生利用,而且比氢燃料电池结构简单,是很有发展和应用前景的新能源.介绍了金属空气电池的工作原理、结构和特点,以及目前各个重点研究电池的关键技术和工作进展,讨论了金属空气电池技术的发展和应用前景.金属空气电池种类随着科学技术的发展，金属空气电池已经发展出许多种类。常见的有铝空气电池，锂空气电池，锌空气电池，铁空气电池等。下面重点讲一下锌空气电池和

2、锂空气电池。锌空气电池锌空气电池（zincairbattery），用活性碳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。充电过程　　锌空气电池都充电过程进行得十分缓慢，为解决这一问题，通常锌空气电池锌空气电池的正极锌板或锌粒，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方法，使锌空气电池得到完全更新。放电时正、负极和总反应的化学方程式为：化学方

3、程式　　负极：Zn+2OHˉ=ZnO+H2O+2eˉ　　正极：0.5O2+H2O+2eˉ=2OHˉ　　总反应：Zn+0.5O2=ZnO谢在锌锰电池中用含铂的多孔性炭电极代替二氧化锰炭包，开发了锌空气干电池的技术。电池类型主要有4种类型。①中性锌空气电池:结构与锌锰圆筒形电池的类同，也采用氯锌空气电池[1]化铵与氯化锌为电解质，只是在炭包中以活性炭代替了二氧化锰，并在盖上或周围留有通气孔，在使用时打开；②纽扣式锌空气电池：结构与锌银扣式电池基本相同，但在正极外壳上留有小孔，使用时可打开；③低功率大荷电量的

4、锌空气湿电池：将烧结或粘接式活性炭电极和板状锌电极组合成电极组浸入盛有氢氧化钠溶液的容器中（见图）；④高功率锌空气电池：一般是将薄片状粘结式活性炭电极装在电池外壁上，将锌粉电极装在电池中间，两者之间用吸液的隔膜隔离，上口装有注液塞。使用时注入氢氧化钾溶液。这种电池便于携带。低功率锌空气湿电池和高功率锌空气电池属于临时激活型，活性炭电极能反复使用，因而电池在耗尽电荷量以后，只要更换锌电极和碱液，就可重复使用。锌空气电池　　原理锌空气电池的电化学反应如下：　　在中性溶液中：2Zn+4NH4Cl+O2→2Zn

5、(NH3)2Cl2+2H2O　　在碱性溶液中：2Zn+2NaOH+O2→2NaHZnO2性能特征和用途锌空气电池的电压为1.4V左右，放电电流受活性炭电极吸附氧及扩散速度的制约。每一型号的电池有其最佳使用电流值，超过极限值时活性炭电极会迅速劣化。电池的荷电量一般比同体积的锌锰电池大3倍以上。大型锌空气电池的电荷量一般在500～2000Ah，主要用于铁路和航海灯标装置上。纽扣形锌空气电池的电荷量在200～400mAh，已广泛用于助听器中。锂空气电池锂空气电池是一种用锂作阳极，以空气中的氧气作为阴极反应物的

6、电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极（以多孔碳为主）很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。理论上，由于氧气作为阴极反应物不受限，该电池的容量仅取决于锂电极，其比能为5.21kWh/kg（包括氧气质量），或11.14kWh/kg（不包括氧气）。相对与其他的金属-空气电池，锂空气电池具有更高的比能（见下表）[1]，因此，它非常有吸引力。不过，锂空气电池仍在开发中，市场上还买不到。原理放电时电极反应如下:　　（1）负极反应（Li→Li++e-）　　金属锂以锂离子（Li+）的形式溶于

7、有机电解液，电子供应给导线。溶解的锂离子（Li+）穿过固体电解质移到正极的水性电解液中。　　（2）正极反应（O2+2H2O+4e-→4OH-）　　通过导线供应电子，空气中的氧气和水在微细化碳表面发生反应后生成氢氧根离子（OH-）。在正极的水性电解液中与锂离子（Li+）结合生成水溶性的氢氧化锂（LiOH）。　　充电时电极反应如下:　　（1）负极反应（Li++e-→Li）　　通过导线供应电子，锂离子（Li+）由正极的水性电解液穿过固体电解质到达负极表面，在负极表面发生反应生成金属锂。　　（2）正极反应（4O

8、H-→O2+2H2O+4e-）反应生成氧。产生的电子供应给导线。性能“锂空气电池”作为新一代大容量电池而备受瞩目。不过此前的锂空气电池存在正极蓄积固体反应生成物，阻隔了电解液与空气的接触，导致停止放电等问题。　　负极(金属锂)采用有机电解液，正极方面则使用水性电解液，两极由固体电解质隔开，以防止两电解液发生混合。由于固体电解质只通过锂离子，因此电池的反应可无阻碍地进行。正极的反应生成物具有水溶性，不产生固体物质。实验证明该电池可连续放电50