锌空电池 _原创文档.pdfVIP

1锌空气电池的结构和工作原理

锌空气电池主要由正电极、负电极以及电解液三部分组成。其中正极是空气电极（氧电极），

负极是金属电极（锌电极），电解液则主要是氢氧化钠或氢氧化钾碱性溶液。比如碱性锌－

空气电池的电池表达式为：

Zn½KOH½O2(空气)（+）

正极（空气电极）反应：1/2O2+H2O+2e－®2OH－

负极（锌电极）反应：

Zn+4OH－®Zn(OH)42－+2e－

Zn(OH)42－®ZnO+H2O+2OH－

Zn+2OH－®ZnO+H2O+2e－

电池总反应：

MZn+1/2O2®ZnO

1.1正极（空气电极）

锌空气电池的正极是一种气体扩散电极，一种透气不透液、具有良好导电性和催化活性的薄

膜。空气电极的制作方法主要有：冲压法、辊压法、丝网印刷法和喷射法等。

常见的空气电极薄膜一般由防水透气膜、集流网和催化膜三层压制而成。防水透气膜主要

是按照一定比例把导电材料（碳黑或乙炔黑或它们的混合物）和造孔剂（硫酸钠、草酸铵、

碳酸氢铵等）用分散剂乙醇混合均匀，再加入粘结剂（聚四氟乙烯）不断搅拌使之分散均匀，

经凝聚后辊压而成；集流网可以是镍丝编织网、镍泊冲拉网、铜材编织网、铜材冲拉网或镀

银铜网等；而催化膜主要是将催化剂（二氧化锰）、活性炭和硫酸钠用乙醇混合均匀后加入

聚四氟乙烯乳液（加有少量亲水性纤维素）不断搅拌，待之分散均匀，经凝聚后辊压而成。

常见的空气电极一般为集流网嵌入型，即按照防水透气膜、集流网和催化膜的顺序压制成型。

正极活性物质是来源于空气中的氧气。来自空气的氧气首先溶解在电解液中，然后扩散吸附

到空气电极的催化膜上，在催化剂的催化作用下在“气、液、固”三相界面发生还原反应生

成OH－。生成的OH－再扩散到锌负极与锌发生反应。

1.2负极（锌电极）:

负极活性物质是金属锌或者锌合金（比如Zn与Ga、In、Pb、Bi、Sn等一种或多种元素

的合金）的粉末或小颗粒。锌电极的制备方法主要有压成法、涂膏法、烧结法、电沉积法和

化成法等。现在一般把锌粉或锌合金粉与适量凝胶剂（交联的羧甲基纤维素、交联的聚丙烯

酸、聚丙烯酸的钾盐和钠盐等）混合均匀后，加入25％～35%带氧化锌的氢氧化钾电解液以

及其它一些添加剂等调制成锌膏，然后把锌膏和阳极电流集流体粘结成负极。

1.3隔膜

正极和负极之间必须放置一层绝缘的聚合物多孔隔膜以防止电池正负极发生短路。选用的隔

膜材料可以是聚稀烃、聚酰胺（如尼龙）、碳氟型树脂、玻璃纸、过滤纸等中的一种材料或

多种材料的复合物。

1.4电解液:

锌空气电池中所用的电解液是氢氧化钠、氢氧化钾碱性溶液，一般采用的是饱和了ZnO

的氢氧化钾的水溶液，溶液中含有减缓锌腐蚀的无机缓蚀剂或有机缓蚀剂。

2锌空气电池的优缺点

2.1优点

其它传统电池相比，锌空气电池具有以下优点：

2.1.1电池容量大。

空气电极工作正常的话，锌空气电池的理论容量是由负极活性物质的量决定的。负极（锌

电极）位于电池内部，正极（空气电极）紧接电池外壳内侧，而且正极活性物质是来自空气

中的氧气，所以空气电极占据电池的空间非常小，因此，在相同的体积和重量下，锌空气电

池内可以装填更多的负极反应物质，从而与传统电池相比，它具有更高的容量（锌空气电池

的制造成本与同型号碱性锌锰电池的大体相同，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）。

2.1.2比能量高。

锌空气电池理论质量比能量是1320Wh?kg-1，实际比能量已经达到220～300Wh?kg-1。

2.1.3放电曲线平稳。

放电的时候，正极只是发生氧气的还原而空气电极本身不发生变化，负极则是锌被氧化

而损耗。锌电极电压平稳，所以放电时电池电压变化小，在1.3V左右出现一个较长时间的

放电平台。

2.1.4自放电少，储存寿命好。

在储存时电池的入气孔是密封的，空气电极与外界隔绝，只要阻隔空气进入锌空气电池

即可使锌空气电池的电化学反应无法进行，从而电池容量损失小，容量年损失小于2%。

2.1.5生产成本低、价格低廉。

正极活性物质是空气中的氧气，无须花钱购买而且取之不尽。负极活性物质锌来源丰富、

价格便宜。

2.1.6环保无污染。

锌空气电池摒弃了传统电池中的铅、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，可以方便的