(一)概述
锌-空气电池,用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质,以锌为负极,以氯化铵或苛性碱溶液为电解质,又称锌-氧电池。
可分为中性和碱性两个体系的锌-空气电池,分别用字母a和p表示,其后再用数字表示电池的型号。锌-空气电池的发明已经有上百年的历史,1995年以色列电燃料(electricfuel)有限公司首次将锌-空气电池用于ev上,使得空气电池进入了实用化阶段。美国dreisbackelec-tromotive公司以及德国、法国、瑞典、荷兰、芬兰、西班牙和南非等多个国家也都在ev上积极地推广应用锌-空气电池。
20世纪60年代,由于常温燃料电池研究的迅速发展,获得了高性能的气体电极,为高性能锌-空气电池的发展开启了契机。1965年发展出用聚四氟乙烯(ptfe)作黏剂的薄型气体扩散电极法后,就取代了其他的气体电极。此电极厚度在0.12~0.5mm间,而最高的放电电流密度可达到1000ma/cm2(在纯氧气中)。1967年,有人将上述电极加上一层ptfe制成防水透气膜,构成固定反应层的气体扩散空气电极,使电极能在常压下工作。在单体电池中以锌为正极,氧为负极,采用外氧式设计,在锌-空气电池两侧有两块高功率、长寿命的空气电极。
成品的锌-空气电池由一组单体电池串联而成,车载锌-空气动力电池组还包括空气流通保障系统和电池组热管理系统两个子系统,以确保动力电池组能够长期、稳定地运转。空气流通保障系统调节进入锌-空气电池负极的空气量,当不使用电池时,可以自动切断空气。热管理系统保证锌-空气电池组能够可靠地工作。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,既方便又快捷,只需3min即可完成充电全过程。更换下来的氧化锌在专门的工厂进行回收处理,实现锌的再生循环。
(二)锌-空气电池主要特点
(1)比能量大
锌-空气电池的理论比能量可达1350w·h/kg,目前的锌-空气电池的实际比能量只达到180~230w·h/kg,仍然是铅酸电池的4.35~5.5倍;能量密度达230w·h/l,也是铅酸电池的2~3倍。采用锌-空气电池后,电动车辆能够明显地提高车辆的续驶里程。
(2)性能稳定
成组的锌-空气电池具有良好的一致性,没有其他类型电池的充电和放电的不均匀现象;允许深度放电,电池的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。锌-空气电池可以完全实现密封免维护,便于电池组能量的管理。
(3)安全性好
锌-空气电池能够有效地防止因泄漏、短路引起的起火或爆炸;锌没有腐蚀作用,可以完全实现密封免维护,对人体不会造成伤害和危险。
(4)锌可以回收利用,制造成本低
锌的来源丰富,生产成本较低;回收再生方便,回收再生成本也较低,可以建立废电池回收再生工厂;锌在循环使用过程中,不会污染环境。
(三)锌-空气电池的分类
锌-空气电池主要有以下4种类型:
(1)中性锌-空气电池
结构与锌锰圆筒形电池类同,也采用氯化铵与氯化锌为电解质,只是在炭包中以活性炭代替了二氧化锰,并在盖上或周围留有通气孔,在使用时打开。
(2)纽扣式锌-空气电池
结构与锌银扣式电池基本相同,但在正极外壳上留有小孔,使用时可打开。
(3)低功率大荷电量的锌-空气湿电池
将烧结或黏结式活性炭电极和板状锌电极组合成电极组浸入盛有氢氧化钠溶液的容器中。
(4)高功率锌-空气电池
一般是将薄片状黏结式活性炭电极装在电池外壁上,将锌粉电极装在电池中间,两者之间用吸液的隔膜隔离,上口装有注液塞,使用时注入氢氧化钾溶液,便于携带。低功率锌-空气湿电池和高功率锌-空气电池属于临时激活型,活性炭电极能反复使用,因而电池在耗尽电荷量以后,只要更换锌电极和碱液,就可重复使用。