锌空气电池：构造、原理及应用领域的全面解析

锌空气电池：构造、原理及应用领域的全面解析

锌空气电池概述

锌空气电池（zinc air）是利用活性炭吸收空气中的氧气或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或烧碱溶液为电解液的一次电池，又称锌氧电池。锌空气电池有中性和碱性两种，分别用字母A和P表示，后面加数字表示电池型号。

锌空气电池结构及原理

锌粉糊位于阳极端，起催化剂作用的碳位于阴极。电池壳上的孔允许空气中的氧气进入腔体并附着在阴极的碳上。同时，阳极的锌被氧化，这与小型银氧电池或汞氧电池中的化学反应类似。

阴极——充当催化剂的碳从空气中吸收氧气。

阳极 - 它是锌粉和电解质的混合物，呈糊状。

电解质——高浓度的氢氧化钾水溶液。

隔离层：用于隔离两级之间固体粉末颗粒的移动。

绝缘和密封垫圈-尼龙材料。

电池外表面——镍金属外壳，耐腐蚀性能良好的导体

工作准则：

阴极：Zn + 2OH = ZnO + H2O + 2e 阳极：O2 + 2H2O + 4e = 4OH

摘要：2Zn + O2 = 2ZnO

通常此反应产生的电压为1.4伏，但放电电流与放电深度都会造成电压的变化，阳极必须有空气能不断进入，正极外壳上则开有小孔，让氧气不断进入，电池才能产生化学反应。

锌空气电池用途

锌空气电池的保存关键在于密封，除非电池准备马上使用，否则不能拆除电池阴极密封。模拟试验表明，在室温条件下，存放一年后电量下降到95%，存放两年后下降到90%，存放四年后下降到85%。撕掉密封后，电池被激活并开始工作。在室温和无负载的情况下，根据电池的大小，3至12周后电池电量下降50%，20多周后下降到0-10%。因此，锌空气电池适用于电池在几周内就用完的场合。一旦撕掉锌空气电池的密封，空气进入内部激活电化学反应。此时，即使再次贴上密封，电化学反应仍会持续进行，直到电池电量耗尽。

锌空气电池的优点

与其他传统电池相比，锌空气电池具有以下优点：

1.电池容量大

如果空气电极正常工作，锌空气电池的理论容量取决于负极活性物质的量。负极（锌极）位于电池内部，正极（空气极）紧靠电池外壳内部。而且正极活性物质来源于空气中的氧气，因此空气电极在电池中占有的空间很小。因此在同样的体积和重量下，锌空气电池可以填充更多的负极反应物质，因此比传统电池具有更高的容量（锌空气电池的制造成本与同型号碱性锌锰电池大致相同，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）。

2. 比能量高

锌空气电池的理论质量比能量为-1，实际比能量已达到220~-1。

3、放电曲线稳定。

放电时，正极只发生氧还原，空气电极本身没有变化，而负极处锌被氧化损失。由于锌极电压稳定，所以放电时电池电压变化不大，在1.3V左右出现长期放电平台。

4.自放电低，储存寿命长

在储存过程中，电池进气口密封，空气电极与外界隔绝，只要阻断空气进入锌空气电池，锌空气电池的电化学反应就无法进行，导致电池容量损失很小，年容量损失在2%以内。

5.生产成本低，价格低廉

正极活性物质是空气中的氧气，可以免费购买，取之不尽，用之不竭；负极活性物质锌资源丰富，价格低廉。

6.环保无污染

锌空气电池杜绝了传统电池中的铅、汞、镉等有毒物质，解决了传统电池的污染问题。而且电池使用后的主要反应产物是氧化锌，可以方便地回收利用。

锌空气电池需要解决的问题（缺点）

锌空气电池虽然具有诸多优点，但其发展受到以下缺点的制约。

1.电池类型

目前已商业化的锌空气电池主要为方形和纽扣型，而市场需求巨大的圆柱形锌空气电池，尤其是小型圆柱形锌空气电池，由于结构复杂，国内外尚未取得突破性发展，尚未实现量产。

2 电池密封问题

圆柱形锌空气电池未能得到广泛发展的主要原因之一是电池密封难度大。锌空气电池放电时，需要空气中不断有氧气进入电池内部，因此电池并不是完全密封的。电池外壳上留有一个或多个气孔，因此电池内外是相通的。如果空气电极，特别是防水透气膜制作不好，电池容易发生漏碱、电解液蒸发干涸，或者电解液因吸湿变稀，外界的CO2也会进入电池，使电解液碳化。这将严重影响锌空气电池的性能和质量。

3 空气电极中的催化剂需要改进

4 锌电极的一些问题

锌电极腐蚀与自放电。锌电极在碱性溶液中热力学不稳定，锌溶解并自放电放出氢气。另外由于锌电极中含有杂质，且锌电极表面往往不平整，各点电化学活性差别很大，由于电位不同在各区域形成无数个微电池，使电池中的锌发生腐蚀。

锌空气电池和锂电池哪个更好？

锌空气电池的发明已有一百多年的历史，最早应用于铁路信号灯等电源。与传统电池相比，锌空气电池最大的特点就是绿色环保。电池工作过程中，负极上的锌只与电解液中的OH-、空气中的氧气发生化学反应，因此整个放电过程中，不会产生任何污染大气的物质。

此外，锌空气电池还以能量密度高著称，其每公斤发电量可达0.3KWH，是锂电池的两倍。也就是说，虽然重量只有锂电池的一半，但锌空气电池的续航里程却是锂电池的两倍，储电量的提升并不会令锌空气电池更容易发生爆炸。而且由于只利用空气中的氧气和相对廉价的锌，锌空气电池的成本也得到了降低，据悉量产后的价格仅为锂电池的1/3。

推荐阅读：锌空气电池如何使用_锌空气电池电极反应锌空气电池的分类_锌空气电池寿命锌空气电池充电过程是怎样的_锌空气电池组成锌空气电池的特性_锌空气电池发展现状

锌空气电池概述

锌空气电池（zinc air）是利用活性炭吸收空气中的氧气或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或烧碱溶液为电解液的一次电池，又称锌氧电池。锌空气电池有中性和碱性两种，分别用字母A和P表示，后接数字表示电池型号。

锌空气电池结构及原理

锌粉糊位于阳极端，起催化剂作用的碳位于阴极。电池壳上的孔允许空气中的氧气进入腔体并附着在阴极的碳上。同时，阳极的锌被氧化，这与小型银氧电池或汞氧电池中的化学反应类似。

阴极——充当催化剂的碳从空气中吸收氧气。

阳极 - 它是锌粉和电解质的混合物，呈糊状。

电解质——高浓度的氢氧化钾水溶液。

隔离层：用于隔离两级之间固体粉末颗粒的移动。

绝缘和密封垫圈-尼龙材料。

电池外表面——镍金属外壳，耐腐蚀性能良好的导体

工作准则：

阴极：Zn + 2OH = ZnO + H2O + 2e 阳极：O2 + 2H2O + 4e = 4OH

摘要：2Zn + O2 = 2ZnO

通常此反应产生的电压为1.4伏，但放电电流与放电深度都会造成电压的变化，空气必须能不间断的进入阳极，而正极外壳上则开有小孔，让氧气不断进入，电池才能产生化学反应。

锌空气电池用途

锌空气电池的保存关键在于密封，除非电池准备马上使用，否则不能拆除电池阴极密封。模拟试验表明，在室温条件下，存放一年后电量下降到95%，存放两年后下降到90%，存放四年后下降到85%。撕掉密封后，电池被激活并开始工作。在室温和无负载的情况下，根据电池的大小，3至12周后电池电量下降50%，20多周后下降到0-10%。因此，锌空气电池适用于电池在几周内就用完的场合。一旦撕掉锌空气电池的密封，空气就会进入内部激活电化学反应。此时，即使再次贴上密封，电化学反应仍会持续进行，直到电池电量耗尽。

锌空气电池的优点

与其他传统电池相比，锌空气电池具有以下优点：

1.电池容量大

如果空气电极正常工作，锌空气电池的理论容量取决于负极活性物质的量。负极（锌极）位于电池内部，正极（空气极）紧靠电池外壳内部。而且正极活性物质来源于空气中的氧气，因此空气电极在电池中占有的空间很小。因此在同样的体积和重量下，锌空气电池可以填充更多的负极反应物质，因此比传统电池具有更高的容量（锌空气电池的制造成本与同型号碱性锌锰电池大致相同，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）。

2. 比能量高

锌空气电池的理论质量比能量为-1，实际比能量已达到220~-1。

3、放电曲线稳定。

放电时正极只发生氧还原，空气电极本身没有变化，而负极被氧化失去锌。由于锌极电压稳定，所以放电时电池电压变化不大，在1.3V左右出现长期放电平台。

4.自放电低，储存寿命长

在储存过程中，电池进气口密封，空气电极与外界隔绝，只要阻断空气进入锌空气电池，锌空气电池的电化学反应就无法进行，导致电池容量损失很小，年容量损失在2%以内。

5.生产成本低，价格低廉

正极活性物质是空气中的氧气，可以免费购买，取之不尽，用之不竭；负极活性物质锌资源丰富，价格低廉。

6.环保无污染

锌空气电池杜绝了传统电池中的铅、汞、镉等有毒物质，解决了传统电池的污染问题。而且电池使用后的主要反应产物是氧化锌，可以方便地回收利用。

锌空气电池需要解决的问题（缺点）

锌空气电池虽然具有诸多优点，但其发展受到以下缺点的制约。

1.电池类型

目前已商业化的锌空气电池主要为方形和纽扣型，而市场需求巨大的圆柱形锌空气电池，尤其是小型圆柱形锌空气电池，由于结构复杂，国内外尚未取得突破性发展，尚未实现量产。

2 电池密封问题

圆柱形锌空气电池未能得到广泛发展的主要原因之一是电池密封难度大。锌空气电池放电时，需要空气中不断有氧气进入电池内部，因此电池并不是完全密封的。电池外壳上留有一个或多个气孔，因此电池内外是相通的。如果空气电极，特别是防水透气膜制作不好，电池容易发生漏碱、电解液蒸发干涸，或者电解液因吸湿变稀，外界的CO2也会进入电池，使电解液碳化。这将严重影响锌空气电池的性能和质量。

3 空气电极中的催化剂需要改进

4 锌电极的一些问题

锌电极腐蚀与自放电。锌电极在碱性溶液中热力学不稳定，锌溶解并自放电放出氢气。另外由于锌电极中含有杂质，且锌电极表面往往不平整，各点电化学活性差别很大，由于电位不同在各区域形成无数个微电池，使电池中的锌发生腐蚀。

锌空气电池和锂电池哪个更好？

锌空气电池的发明已有一百多年的历史，最早应用于铁路信号灯等电源。与传统电池相比，锌空气电池最大的特点就是绿色环保。电池工作过程中，负极上的锌只与电解液中的OH-、空气中的氧气发生化学反应，因此整个放电过程中，不会产生任何污染大气的物质。

此外，锌空气电池还以能量密度高著称，其每公斤发电量可达0.3KWH，是锂电池的两倍。也就是说，虽然重量只有锂电池的一半，但锌空气电池的续航里程却是锂电池的两倍，储电量的提升并不会令锌空气电池更容易发生爆炸。而且由于只利用空气中的氧气和相对廉价的锌，锌空气电池的成本也得到了降低，据悉量产后的价格仅为锂电池的1/3。

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