金屬/空氣電池

原理 鋅空氣電池的電化學(xué)反應(yīng)如下:

在中性溶液中: 2Zn+4NH4Cl+O2→2Zn(NH3)2Cl2+2H2O

在堿性溶液中: 2Zn+2NaOH+O2→2NaHZnO2

性能特征和用途 鋅空氣電池的電壓為1.4V左右，放電電流受活性炭電極吸附氧及擴(kuò)散速度的制約。每一型號(hào)的電池有其最佳使用電流值，超過極限值時(shí)活性炭電極會(huì)迅速劣化。電池的荷電量一般比同體積的鋅錳電池大 3倍以上。大型鋅空氣電池的電荷量一般在 500~2000Ah，主要用于鐵路和航海燈標(biāo)裝置上。紐扣形鋅空氣電池的電荷量在200~400mAh，已廣泛用于助聽器中。

理論上，由于氧氣作為陰極反應(yīng)物不受限，該電池的容量?jī)H取決于鋰電極，其比能為5.21kWh/kg(包括氧氣質(zhì)量)，或11.4kWh/kg(不包括氧氣)。相對(duì)與其他的金屬-空氣電池，鋰空氣電池具有更高的比能(見下表) ，因此，它非常有吸引力。不過，鋰空氣電池仍在開發(fā)中，市場(chǎng)上還買不到。

鋰空氣電池這是一種由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與日本學(xué)術(shù)振興會(huì)(JSPS)共同開發(fā)出的一種新構(gòu)造的大容量鋰空氣電池。

理論上可實(shí)現(xiàn)大容量的"鋰空氣電池"作為新一代大容量電池而備受矚目。不過此前的鋰空氣電池存在正極蓄積固體反應(yīng)生成物，阻隔了電解液與空氣的接觸，導(dǎo)致停止放電等問題。

負(fù)極(金屬鋰)采用有機(jī)電解液，正極(空氣)方面則使用水性電解液，兩極由固體電解質(zhì)隔開，以防止兩電解液發(fā)生混合。由于固體電解質(zhì)只通過鋰離子，因此電池的反應(yīng)可無阻礙地進(jìn)行。正極的反應(yīng)生成物具有水溶性，不產(chǎn)生固體物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明該電池可連續(xù)放電50000mAh/g(空氣極的單位質(zhì)量)。

該技術(shù)極有望用于汽車電池。如果在汽車用支架上更換正極的水性電解液，用卡盒等方式補(bǔ)充負(fù)極的金屬鋰的話，汽車可實(shí)現(xiàn)連續(xù)行駛且無需充電等待時(shí)間?？梢詮挠眠^的水性電解液中輕松提取金屬鋰，鋰能夠反復(fù)使用。可以說是用金屬鋰作為燃料的新型燃料電池。

鋰離子電池目前已經(jīng)開始在電動(dòng)汽車上應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離行駛，作為蓄電池時(shí)的高性能化和低成本化備受期待。但目前的鋰離子電池受制于電池容量很難實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離行駛，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離行駛必須在汽車上配備大量的電池，因此存在車體價(jià)格大幅上升的問題。

要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的普及，能源密度需達(dá)到目前的約6~7倍。因此，理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。由于鋰空氣電池的正極使用空氣中的氧做活性物質(zhì)，理論上正極容量無限大，因此可實(shí)現(xiàn)大容量。