陈赫发文力挺王宝强:锌空气电池（Zinc）-

锌空气电池（Zinc-Air）

锌空气电池的工作原理

锌空气电池的构造

锌空气电池的充电特征

锌空气电池的放电特性

锌空气电池的性能特点

锌空气( Zinc- air)电池的发明已有上百年历史。1995年，以色列电燃料(Electric Fuel)公司首次将锌空气电池用于电动汽车上，使得空气电池进入了实用化阶段。美国、德国、法国、瑞典、荷兰、芬兰、西班牙、葡萄牙和南非等多个国家也都在电动汽车上积极推广应用锌空气电池。

1.       锌空气电池的工作原理

锌空气电池以锌为负极，以氧为正极，以氢氧化钾( KOH)溶液为电解质。锌空气电池的化学反应与普通碱性电池类似，在特殊催化剂的催化作用下，当电池放电时，锌摄取疏松碳块内从空气中吸附到的氧气，锌和氧发生化学反应生成氧化锌( ZnO)，其正极、负极和总反应的放电时化学反应方程式为：

锌空气电池在放电过程中，由于其锌板或锌粒通常被氧化成氧化锌( ZnO)而几乎失效，使得锌空气电池要再充电，其过程进行得十分缓慢。加快反应速度要有足够的催化剂（如铂、银）。含有催化剂的电极表面需同时与氧及电解液接触，才能发生氧化还原。又由于对还原有催化作用的铂族、银族催化剂价格很贵，因而一般采用直接更换锌板或锌粒和电解质的方法，使锌空气电池完全更新，所以锌金属的消耗量较大。

2.       锌空气电池的构造

锌空气单体电池的结构如图所示，其中图a为结构图，图b为空气极板的局部放大图。电池的氧由电池下端(见图a)的空气孔供给，负极活性物质为锌粒，电解质为胶体化的30%氢氧化钾KOH电解液。其空气极板（见图b）由隔离层、催化剂层、集屯层和空气扩散层等组成。催化剂层使用表面改性的活性炭或炭黑材料，集电层用导电良好的金属网和塑料制成，空气扩散层用纤维素作扩散纸，催化剂层和空气扩散层之间有用聚四氟乙烯树脂做的含水层。车用锌空气动力电池组需由多节单体电池串联组成，它还包括空气流通保障系统和电池组热管理系统，以确保动力电池组能长期稳定运行。空气流通保障系统用来调节进入锌空气电池阴极的空气量，当不使用电池时可自动阻隔空气。热管理系统主要用来保证锌空气电池能够可靠地工作。

3.       锌空气电池的充电特征

锌空气电池的“充电”和其他蓄电池的充电概念不一样，它需采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，这种充电模式的最大特点是快捷、可行，只需3 min即可完成“充电”全过程。如同传统加油站，在公路沿线设置锌板或锌粒匣和电解质容器匣的机械式整体更换站，即可为电动汽车用户提供极大的便利。更换下来的氧化锌集中到专业工厂进行回收处理，实现锌的再生循环。

4.       锌空气电池的放电特性

锌空气电池具有大电流持续放电的能力。图2为某锌空气电池组以恒电流放电随时间的变化曲线，可看出放电斜率较平缓，说明大电流持续放电能力强，能够满足电动汽车连续爬坡和加速的要求。锌空气电池的电化学反应中离不开氧气的作用，只要阻隔空气进入电池中，即可终止锌空气电池的电化学反应，因此隔断空气即可长时间保持锌空气电池活性物质锌的活性，使得电池的自放电率很低，接近于零，从而也节约了锌材料。

5.       锌空气电池的性能特点

1) 比能量大。锌空气电池的理论比能量可达1350W•h/kg，目前实际质量比能量虽仅为180 -230W•h/kg，但仍是铅酸蓄电池的4 -6倍。体积比能量达230W•h/L，是铅酸蓄电池的2 -3倍。采用锌空气电池可明显提高电动汽车的续驶里程。

2) 性能稳定。单体电池一致性好，允许深度放电，电池容量不受放电强度和温度的影响，能在-20 -80℃的温度范围内正常工作，可实现全密封免维护，便于电池组能量管理。

3) 安全性好。能够有效防止因泄漏、短路引起的起火或爆炸，锌没有腐蚀作用，实现全密封后对人体不会造成伤害和危险。

4) 充电时间快。采用机械充电模式，充电时间只需几分钟。

5) 使用成本低。锌的来源丰富，生产成本低，并可回收再生产进一步降低成本。锌在循环使用时不会污染环境。

锌空气电池的主要问题是对空气湿度和二氧化碳非常敏感。由于锌空气电池在呼吸空气的过程中，也使得空气中的水分和二氧化碳不断地进出电池。如果空气的相对湿度发生变化，电池的特性也会发生相应变化。锌空气电池的临界相对湿度(最佳湿度)大约为60%，实际值取决于具体的电池设计参数。如果偏离这个临界值，就会缩短电池寿命并发生电力不足。当湿度低于临界值的60%时，电池会失去水分；当湿度高于临界值的60%时，电池会因水分过多而出现泄漏。随空气进入的二氧化碳，将使碱性电解液碳酸化，形成碱金属的碳酸盐或亚碳酸盐，在电极上形成结晶，使阴极损坏，并堵塞空气的通路，进而降低电池的使用寿命和供电能力。另外，锌空气电池释放电流速度缓慢，比功率较低，对车辆的动力驱动影响较大，因此最好能与比功率较大，而比能量较小的一类储能装置，如超级电容或飞轮储能器配合使用。同时也需采用整体更换锌粒的方法，否则如用通常的充电方法，锌空气电池的充电时间很长，给使用带来不便。