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鋅空氣電�
閱讀�49387�(shí)間:2011-05-05 19:18:26

  鋅空�電池有很高的比能量和比功率,這比目前的大多數(shù)二次電池要高一�,這和它的反應(yīng)�(jī)理以及運(yùn)作效率很有關(guān)�。鋅空氣電池和其他的�鋅空電池相比,有下面一些優(yōu)�(shì):高能量密度、長期保存性及低成�;極高的功率系數(shù);常常壓下即可操�,不需外在的壓力平衡設(shè)�(jì);自放電率低,若置于密閉空間�,放電率幾乎為零;重量小,體積小,容量大,系�(tǒng)�(jié)�(gòu)簡單;具有良好地�(huán)保性,其產(chǎn)物皆可再利用,環(huán)保性能�,機(jī)械充電速度�,使用安全等�

用途和特點(diǎn)

  鋅空氣電池是以空氣中的氧做正極活性物�(zhì)的一種高效環(huán)保型電池,其比能量大(在340瓦時(shí)/公斤以上,而鉛蓄電池的比能量只�20�50瓦時(shí)/公斤�、價(jià)格低、原材料易得、制作工藝簡�,被�(yù)為面�21世紀(jì)的環(huán)保型新能��

  鋅空電池有以下幾方面的競爭優(yōu)�(shì)�

  一、用途廣�

  鋅空電池可用于以下幾方面�

  1、鋅空電池主要用于航�(biāo)燈,也可用作鐵路信號(hào)、公路信�(hào)、地震測量儀、導(dǎo)航機(jī)、通信�(jī)、戰(zhàn)�(shí)�(yī)療手�(shù)照明�,可取代普通的中性和堿性干電池�

  2、作備用電源代替笨重的鉛酸蓄電池。如單體300安時(shí)圓柱型鋅空電�,其重量僅為0.75Kg,而同樣的鉛蓄電池的重量則大于8Kg�

  3、在沒有工業(yè)電的地方如野�、山區(qū)、林區(qū)、海上用作電源;

  4、作軍用電源和電站調(diào)峰用。鋅空電池除可用于步兵隨身攜帶電源外,還可用作潛艇潛入水下的�(dòng)力電源,代替目前所使用的鉛蓄電�,以提高潛艇� 度�

  �、極高的性能�(jià)格比

  鋅空電池由于其制造工藝簡�,原材料便宜易得,故電池成本相應(yīng)較低,其中小容量電池每瓦�(shí)成本�0.3�0.6��

  �、減輕了�(duì)�(huán)境的污染

  由于鋅空電池使用了空氣中的氧作電池的正極,因此在電池的制造過程中,至少減少了一半原料的籌集、加工和使用,這無疑會(huì)減輕�(duì)�(huán)境的污染,� 用過的電池的廢棄物也相應(yīng)地減少了。同�(shí),鋅空電池不使用鉛、汞、鎘等有毒的重金屬物�(zhì),用鋅空電池取代使用上述有毒物質(zhì)的電�,對(duì)保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)�,也是一種貢�(xiàn)�

  四、節(jié)約了自然界的資源

  目前所廣泛使用的干電池,即已存在了一百三十多年的鋅錳勒克朗謝電池。這種電池正極所用的主要材料是二氧化�。二氧化錳是一種寶貴的礦物資源,主要用于冶�、醫(yī)�。原干電池是用天然(二氧化)�,其開采條件惡劣,且我國天然錳資源已趨枯�。堿性鋅錳電池是�(duì)中性鋅錳電池的改�(jìn),它以電解(二氧化錳)代替天然錳。電解錳是把天然二氧化錳�(zhuǎn)化為硫酸�,再電解為四�(jià)的二氧化錳,而放電時(shí)又只能還原為三價(jià)。生�(chǎn)需要大量的電力和水,一噸電解錳至少 要耗電3000KWh。而鋅空電池的正極則用干凈的空氣代替二氧化�,不僅徹底改變了原干電池惡劣的生�(chǎn)�(huán)�,還大大地節(jié)約了能源�

  由于鋅空電池的結(jié)�(gòu)和成份都很簡�,因此回收再生都很容��

與其它電池的比較

  鋅空氣電池同等體積下,同等功能質(zhì)量比其它電池要輕, 是一種性能十分�(yōu)異的金屬空氣電池,它的單元電池的正極為空氣極,負(fù)極為金屬(�)電極。鋅空氣電池性能�(yōu)異,特別是比能量很高。理論上鋅空氣電池的重量比能量為340wh/kg,體積比能量�1050wh/L,這是�(xiàn)在所有化�(xué)電源中的,實(shí)際比能量也是�,鋅空氣電池放電電壓平穩(wěn),放電持�(xù)�(shí)間長,無�(huán)境污染,成本�,因而成為電�(dòng)燃料車電池的品種之一�

  由于鋅空氣電池的制造材料都比較普�,構(gòu)造也不復(fù)�,因此它的生�(chǎn)成本低廉,基本上與鉛酸電池相等,但它的容量卻是鉛酸電池的5�。圓柱形鋅空氣電池的�(jié)�(gòu)除正極外,基本上與堿性鋅-錳電池相�,因此當(dāng)其產(chǎn)量達(dá)到一定的�(guī)模時(shí),其�(jià)格可以做到與堿性鋅-錳電池差不多�

  鉛酸電池、鋰電、鎳氫電池都需要很長的充電�(shí)�,特別是鉛酸電池不能長期深度放電。充電時(shí)間長,充電頻繁給用戶帶來不便。而鋅空電池不需要充�,它并不是蓄電池,而是利用鋅和空氣直接�(fā)�。在電池用完后,只需要更換封裝好的鋅粉或電池鋅板,這在幾分鐘內(nèi)就可以完成,像加油一樣方�。此外,鋅粉可以通過�(xiàn)有的加油�、超市等渠道銷售,而蓄電池電動(dòng)車需要大�(guī)模建�(shè)“充電站�。鋅空氣電池�(xù)行里程為900公里以上,隨著技�(shù)的�(jìn)一步提�,可以超過一般燃料電池,用于電動(dòng)汽車�10A�1V連續(xù)放電可長�(dá)9小時(shí)以上,且電流、電�、功率隨用途不同隨意調(diào)節(jié)�

  上海已經(jīng)在全國率先開展了鋅空電池在電�(dòng)自行車方面的�(yīng)�,在市內(nèi)�(shè)立了�(shù)十�(gè)換電�(wǎng)�(diǎn),開�(chuàng)了鋅空電池在電動(dòng)自行車方面應(yīng)用的先河。其局限性是:暫�(shí)還無法在上海以外的地方開展應(yīng)用試�(yàn),同�(shí)其使用成本如能也是鉛酸蓄電池的數(shù)�。擴(kuò)大其�(yīng)用范�,有�(jìn)一步降低使用成本的可能��

  各種以鎳為基�(chǔ)的可充電電池(如鎘鎳電池和鎳金屬氫化物電池)都存在所謂的“存�(chǔ)器效�(yīng)”問�,即如果電池在充電之前不徹底放電,它就不能貯滿電荷。而鋅空氣電池不存在“存�(chǔ)器效�(yīng)�,還比鎳-金屬氫化物電池具有更高的能量密度。日本松下公司最近推出的鋅空氣可再充電電池產(chǎn)品PR2330適用于尋呼機(jī)。美國AER電源公司提供的鋅空氣電池組(每組四只電池�,可�(chǔ)�140Wh的能量,�800余克,能使膝上型電腦連續(xù)�(yùn)�12小時(shí),而可充電鋰電池一般只能用3�4�(gè)小時(shí)�

  與當(dāng)前主流的鋰電池汽車相�,鋅空電池在重量、充電方便性等方面都有顯著的優(yōu)�(shì)。APET研發(fā)的鋅空電池重量為180公斤,能夠產(chǎn)�44千瓦�(shí)的電量,�(xù)航能力達(dá)�350公里。如果要�(chǎn)生同樣電�,鋰電池的重量要�(dá)�360公斤�

  下表列舉某廠商生�(chǎn)的幾種常見鋅空電池型�(hào):

幾種常見鋅空電池型號(hào)

原理介紹

  鋅空氣電池是一類結(jié)�(gòu)特殊的品�。負(fù)極采用了鋅合�。而正極材料,則是空氣中的�。在�(chǔ)存時(shí)一般保持密�,所以基本上沒有自放�。成糊狀的鋅粉在陰極端和起催化作用的碳在陽極。電池殼體上的孔可讓空氣中的氧�(jìn)入腔體附著在陽極的碳�。同�(shí),陰極的鋅被氧化,這與小型銀氧或汞氧電池的化�(xué)反映類似�

  陽極―� 是起催化作用的碳從空氣中吸收��

  陰極 ――是鋅粉和電解液的混合物,成糊狀�

  電解液―� 高濃度的氫氧化鉀水溶��

  隔離層――用于隔離兩�(jí)間固體粉粒的移動(dòng)�

  絕緣和密封襯墊―� 尼龍材料�

  電池外表面―� 鎳金屬外�,具有良好的防腐性的�(dǎo)體�

  陰極� Zn + 2OH- � ZnO + H2O + 2e-

  陽極� O2 + 2H2O + 4e- � 4OH-

  綜合� 2Zn + O2- + 2e- � 2ZnO

  在電池產(chǎn)生電力的過程�,空氣必須無阻擋地�(jìn)入電�,抵�(dá)陰極,并釋放電荷。因此電池殼體上必須有一�(gè)或多�(gè)孔。由于在使用前就讓空氣�(jìn)入會(huì)無謂地消耗反�(yīng)物質(zhì),同�(shí)過多的水分會(huì)降低電池的性能,因此電池在使用�,孔要用膠帶封起來。由于這樣一種結(jié)�(gòu)和這樣一種工作原�,使得鋅空氣電池具有能量密度�、貯存時(shí)間長、生�(chǎn)成本低廉等優(yōu)�(diǎn)�

  堿性鋅-錳電池與鋅空氣電池在�(gòu)造上的不同是其所用的陰極材料。眾所周知,堿性鋅-錳電池所用的陰極材料二氧化錳需要占�(jù)較大的電池有效空間。而鋅空氣電池的空氣電極(亦稱正極或陰極)主要是用一些高分子聚合物(如聚四氟乙烯�、活性炭、催化劑(二氧化錳、銀、鉑等)及集流體材料制成,制成品是一種能透氣、不透液、能�(dǎo)�、有催化活性的薄膜。由于構(gòu)成正極的薄膜很薄,因此在整�(gè)電池中所占的空間極小。另�,電池反�(yīng)所需的氧氣,可從空氣中隨�(shí)取用,無需�(chǔ)存在電池中。這樣,與其他種類的電池相�,同樣體積的�-空氣電池就可以用更多的空間來充填陽極材料,這就是鋅空氣電池為什么會(huì)具有的比能量��

鋅空氣電池結(jié)構(gòu)

  由于鋅空氣電池要在接觸空氣后才開始產(chǎn)生電�,一�(gè)新的鋅空氣電�,只要不撕掉它的密封膠帶,它就不�(huì)開始工作,因此,鋅空氣電池保存時(shí)間很�。例�,膠帶完好無損的新電池在室溫下保存一年后,有95%的電池可以正常使用;兩年后為90%;其他的試驗(yàn)表明4年后�85%以上的電池可以工作�

市場前景

  鋅空電池的市場前景與分析的重�(diǎn)就在于電�(dòng)車與新能源汽車市場前��

  電動(dòng)自行車和電動(dòng)摩托車市�

  我國是自行車和摩托車生產(chǎn)大國,所銷售�4000萬輛。隨著人民生活水平的提高和社�(huì)�(fā)展的需要,考慮到車輛的更新、換代和選擇。調(diào)查表明:原來自行車和摩托車的人中�20%愿意更換電動(dòng)�。據(jù)《中國摩托車》和《中國自行車》雜志預(yù)�2000年后,電�(dòng)車的國內(nèi)需求量可突�500萬輛,相�(yīng)電池的年需求量將超�15億AH(相�(dāng)�150萬組"�-空氣"電池)�

  �(shù)�(jù)顯示�09年我國電�(dòng)自行車年�(chǎn)量為2220萬輛�

  電動(dòng)汽車市場

  同燃油汽車相�,電�(dòng)汽車具有更好的發(fā)展前�。尤其是人們的�(huán)保意�(shí)的增�(qiáng),這種趨勢(shì)更加明顯。值得一提的�,近期汽車“以舊換新”政策將到期,而針�(duì)節(jié)能與新能源汽車的鼓勵(lì)政策或相繼出�(tái),后者�(jìn)展可稍留�,可能解決目前新能源汽車�(yōu)惠激�(lì)政策不配�,政策扶持力度不夠,沒有直接惠及消費(fèi)群體等問�。如果新能源汽車�(chǎn)銷得到提�,將刺激鋅空電池消費(fèi),成為鋅的需求增長點(diǎn)。就目前媒體披露的新能源汽車私人�(bǔ)貼細(xì)則的部分未證�(shí)�(xì)節(jié)顯示,純電動(dòng)汽車可能獲得6萬元�(bǔ)�,要高于混合�(dòng)力車�,可看出政策或更傾向于扶持純電動(dòng)汽車�(fā)��

  �(zhuǎn)載:63屆德國法蘭克福國際車展的一�,一款由來自中國�(tái)灣和香港的研究人員組成的�(tuán)�(duì)研發(fā)的鋅空電池電�(dòng)汽車廣受�(guān)�。鋅空發(fā)電以氫氧化鉀作為電解液,利用金屬鋅的氧化�(chǎn)生電�。這一技�(shù)的發(fā)明已�(jīng)�100多年的歷史,但由于成本等問題,以往主要�(yīng)用于軍事�(lǐng)�。本屆車展上� APET�(tuán)�(duì)研發(fā)的這款新車大大降低了生�(chǎn)成本,解決了�(fā)電穩(wěn)定�、漏�、封裝等一系列技�(shù)難題。在車展�,該款新車受到媒體和同行的廣泛關(guān)�。據(jù)介紹,該款新車還將參加美國的新能源汽車大賽�

  另外,在其他�(lǐng)域:如水上游�、輕型運(yùn)輸船�,利�"�-空氣"電池帶動(dòng)電動(dòng)�(jī),具有重量輕、占地少、市場前景亦十分廣闊�

  放電�(shí)�、容�、電�(dòng)�?yán)m(xù)行里程:燃料電池和鋅空電池放電時(shí)間最�,電�(dòng)轎車?yán)m(xù)行里程可�(dá)300公里;鉛酸電池最�,電�(dòng)自行車一次充電行�30公里 -40公里�1000公里后降�10公里-15公里;鋰電池、鎳氫電池一次充電行駛里程大約是100公里,使用一定里程后,一次充電的行駛里程也要下降�

  功率:以單位重量釋放的功率排序依次為:燃油�(jī)、鋰電池、鎳氫電池、鋅空電�、蓄電池�

  以單位體積釋放的功率排序依次為:燃油�(jī)、蓄電池、鋰電池、鎳氫電�、鋅空電��

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