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7.1金属空气电池概述

7.2空气电极

7.3锌空气电极

7.4铝空气电池

7.5镁空气电池

7.6锂空气电池

7.7铁空气电池;;金属空气电池发挥了燃料电池的众多优点，将锌、铝等金属像氢气一样提供到电池中的反响位置，与氧气一起构成一个连续的电能产生装置，具有无毒、无污染、放电电压平稳、高比能量、内阻小、储存寿命长、价格相对较低、工艺技术要求较低、高比功率等优点，既有丰富的廉价资源，又能再生利用，而且比氢燃料电池结构简单，是很有开展和应用前景的新能源。;以活泼固体金属如铝、锌、铁、镁等为燃料源，以碱性溶液或中性盐溶液为电解液，电池中阳极为活泼金属消耗电极，阴极为空气扩散电极，电解质为中性盐溶液或碱性溶液，阴极反响为氧气复原的电极反响。;金属空气电池工作原理;金属/空气电池由具有反响活性的负极和空气电极经电化学反响偶合而成，它的正极反响物用之不尽。在某些情况下，金属/空气电池具有很高的质量比能量和体积比能量。这一体系的极限容量取决于负极的安时容量和反响产物的贮存与处理技术。

已经研究和开发过的金属/空气电池有原电池、贮备电池、可充电电池和机械再充式电池等。在机械充电电池设计(即更换放完电的金属负极)中，电池在本质上相当于原电池，它的空气电极为相对简单的“单功能”电极，只需要在放电模式下工作。常规可充电金属/空气电池需要一个第三电极(用来维持充电时放出氧气)或者一个“双功能”电极(一个既可以复原氧又可以析氧的电极)。;空气电池的正极活性物质是空气中的氧气，电池的电化学反响是发生在空气电极和电解液形成的固液气三相界面，所以它的电化学反响速度受到氧气从空气中扩散进来的速度以及在界面的反响活性所控制。因而要提高空气电池的放电电流密度，可以从两方面进行考虑：一是提高空气电极的空气扩散能力，即提高透气性；二是提高固液气三相界面的电化学反响活性。而提高固液气三相界面的电化学反响活性，一般是通过选用催化性能优异的催化材料来实现。;空气电极反响是在气、固、液三相界面上进行的。因为氧在水溶液中的??解速度和扩散速度都很小，采用两相电极时电流密度小，因此大多使用三相电极。三相电极的结构由活化层〔亲水的催化层〕、疏水层〔疏水的气体供给层或防水透气层〕、导电网〔镍网或镀镍铜网〕构成，电极内部能否形成尽可能多的有效三相界面将影响催化剂的利用率和电极的传质过程。;空气电极过程是一个复杂的四电子反响，而且可逆性很小。

空气电极作为正极，应该具有良好的导电能力，以降低电阻，充分的力学稳定性和适当的孔隙率，在电解质中化学稳定性以及长期的电化学稳定性。;〔1〕炭载体的影响

良好的载体可以最大限度地发挥催化剂的效能，并减少催化剂的用量。传统的催化剂制备方法是将催化剂、活性载体物〔如活性炭、乙炔黑、石墨等〕一起混合制备。载体材料应有优良的吸附性能、大的外表积和优良的导电性能。对于空气电极吸附氧气，同时也会吸附其他气体杂质。可以采用良好导电性、吸附性能和大比外表的乙炔黑和具有稳定结构、抗腐蚀、导电性能和细粒度的石墨作为载体材料。;〔2〕催化剂的影响

电催化剂必须具备的根本性能主要包括：

良好的电催化剂活性；电化学稳定性；一定的导电性。

后两个性能一般较易测量与改进，但是催化剂活性的影响因素那么很多，大体上分为两大类，即能量因素与空间因素，但是实际制备过程的复杂性与困难程度也直接影响电催化剂的比外表积、外表形状、外表浓度以及各种晶面的暴露程度与缺陷等。;〔3〕黏合剂的影响

电极黏合剂要具有良好的黏性，使制备的电极具有一定的机械强度；同时，还要有憎水性，可以构建气体网络通道，形成三相反响界面；具有良好的导电性，以降低欧姆极化。常用的黏合剂是PTFE〔聚四氟乙烯〕，它是一种非极性黏合剂，而碱性很好，但黏度很低。300℃左右热压时PTFE形成三维网络，使活性物质不至于脱落。;〔1〕空气中的CO2的影响

在碱性环境中，二氧化碳会形成碱式碳酸盐而沉积在电极的微孔结构中，故应使空气中的CO2始终维持在100?10-6以下。

〔2〕其他影响

锌电极中合金元素的特性和电解液都有可能影响空气电极的性能和寿命。此外，活性物质中有害物质、隔膜的稳定性与抗氧化性等因素对锌空气电池性能均有不同程度的影响。;对空气电极催化剂材料的一般要求是:

a对氧的复原/析出具有良好的催化活性；

b对过氧化氢的分解具有促进作用；

c耐电解质和氧化/复原气氛的腐蚀；

d电导率和比外表积大

就不同材料而言，比外表积大并不意味着催化活性高，但对同种材料而言，比外表积越大，活性中心多，活性大。;金属空气电池的开展主要来自于氧电极催化