什么是锌空气电池？有哪些优缺点？

锌空气电池，一种新型化学电源，以其低成本、高能量密度和高安全性著称。它们是半蓄电池半燃料电池，利用空气中的氧气和金属锌作为活性物质。锌空气电池类型多样，从小型纽扣电池到大型电池，应用广泛，如助听器、铁路信号灯、甚至电动汽车。然而，它们也面临充电复杂、使用寿命短和生产技术不成熟等挑战。锌空气电池的工作原理是锌在阳极被氧化，氧气在阴极被还原，产生电流。这种电池的优点包括高比能量、稳定的放电性能、成本效益以及环保性。它们不含有毒物质，易于回收，且在极端温度下也能工作。不过，它们的密封问题可能导致渗漏，自放电率较高，且电极使用寿命有限。尽管存在这些缺点，锌空气电池在一次性和二次电池市场都显示出巨大潜力，尤其是在新能源和电动汽车领域。全球市场由美国主导，欧洲紧随其后，而中国企业也在积极开发和应用锌空气电池技术。

先说结论：锌空气电池是以空气中的氧气为正极活性物质，金属锌为负极活性物质的一种新型化学电源，锌空气电池是半蓄电池半燃料电池。主要优点是低成本、高能量和高安全性，其缺点是充电过程复杂、实际使用寿命短、以及批量生产加工工艺不够成熟。

锌空气电池是金属空气电池，通过空气中的氧气氧化锌来提供动力，锌空气电池目前主要有四种类型：中性锌空气电池、纽扣式锌空气电池、低功率大荷电量的锌空气湿电池和高功率锌空气电池。大型锌空气电池的电荷量一般在500～2000Ah，主要用于铁路和航海灯标装置上。纽扣形锌空气电池的电荷量在200～400mAh，已广泛用于助听器中。

尺寸范围从用于助听器的非常小的纽扣电池，使用汞电池的胶卷相机中使用的较大电池，到用于电动汽车推进和电网规模的能量存储的超大型电池。锌空电池保存的关键在封条，除非电池准备立刻使用，否则不能取下电池阴极封条。如果一旦锌空电池的封条被撕下，空气就进入内部激活电化学反应，此时即使再贴上封条，电化学反应也会继续下去直到电量耗尽。

锌空气电池的充电过程非常缓慢。为了解决这个问题，锌空气电池的负锌板或锌颗粒被氧化成氧化锌而失效。锌板或锌颗粒和电解液通常直接更换，使锌空气电池完全更新。

锌空气电池的负极活性物质同锌锰、铅等蓄电池一样封装在电池内部，具有蓄电池的特点；其次，正极活性物质来自电池外部的空气中所含的氧，理论上有无限容量，是燃料电池的典型特征。

锌空气电池以锌(Zn)为正极、氧为负极、氢氧化钾(KOH)为电解质。工作原理是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，化学反应方程式如下：阳极：Zn2OH–→ZnOH2O2e–；阴极：O22H2O4e–→4OH–；综合：2ZnO2→2ZnO锌空气电池的特点是比能量高，可达到340Wh/kg。安全、放电性能稳定、成本低廉。重量是锂电池的50%，续驶里程是锂电池的200%。空气必须能不间断地进入到阴极，在阴极壳体上开有小孔以便氧气源源不断地进入才能使电池产生化学反应。

目前来看，锌空气电池采用机械式更换电池的锌板或锌粒的”充电”模式，整体更换锌空气电池的活性物质，将整个锌空气电池进行更换，电池不再需要花很长的时间来充电，更换一块20kWh的电池块只需要1分40秒。锌空气电池具有大电流持续放电的能力，能够满足EV快速加速和连续爬坡的要求。实际使用时锌空气电池的自放电率很低，接近于零，具有长期保持电能的能力。

比能量大：锌空气电池的理论比能量可达1350Wh/kg，锌空气电池的比能量是铅酸蓄电池的4～6倍，比锂离子电池比能量都大1倍，以其作为动力的电动汽车最大行程可达400km，而以同等质量的铅酸蓄电池装同样的车一般行程则不大于100km。采用锌空气电池后，电动车辆能够明显地提高车辆地续驶里程。

充放电均匀：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。锌电极电压平稳，放电时电压变化小。

环保无污染：锌空气电池摒弃了传统电池中的铅、汞等有毒物质，电池正极采用活性碳、铜网，负极采用金属锌，没有使用一些有毒害的物质，并且方便回收利用。

安全性能好：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。即使外部遇到明火、短路、穿刺、撞击等情况，都不会发生燃烧、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。

电池密封问题：锌空气电池放电时需要源源不断地来自空气中的氧气进入电池，电池不是完全封闭的，电池外壳有多个空气孔，电池内部与外部想通。空气电极的防水透气膜做的不好的话，很容易发生爬碱漏液而干涸，或者吸潮而导致电解液变稀。

渗漏不可修复：由于锌空电池内部含有高浓度的电解质(KOH，具有强碱性，强腐蚀性)，一旦发生渗漏，将腐蚀电池附近部件，而且这种腐蚀可能是不可修复的，致命的。而且电池上有孔，电池在激活使用后存放时间又很短，所以锌空电池较易发生电池漏液。

自放电率高：锌电极在碱性溶液中的热力学是不稳定的，锌溶解自放电析放出氢气。可在较短的时间内消耗完存储的电量，因此现阶段主要应用在可较短时间内使用完存储电量的场景中

电极使用寿命短：锌空气电池正极是以空气中的氧气作为活性物质，通过载体活性炭做成的电极进行反应。在放电过程中，碳电极在理论上是不损耗的，可以持续使用。但由于气体扩散电极是多孔体，本身机械性能不强，长期浸泡在浓碱溶液中，吸附二氧化碳和空气中的粉尘，改变了多孔体反应活性区环境，影响气体扩散电极的使用寿命。

早期锌空气电池开发的主要是一次性电池，例如纽扣式电池、圆柱形电池，可以应用在电子产品、手持照明产品等方面；随着新能源发电、新能源汽车产业发展，锌空气二次电池开始研发，可以循环利用，能够应用在光伏发电、电动自行车、新能源汽车等方面。因此与锂离子电池相比，锌空气电池更具有市场前景。

美国是最大的锌空气电池(Zinc-AirBatteries)市场，约占50%的市场份额，其次是欧洲，约占15%的市场份额。在海外市场中，锌空气电池行业参与者主要有美国Fluidic、美国EOS、美国ImprintEnergy、德国KummrowN.A.、挪威REVOLT、以色列ElectricFuel、南非NantEnergy等。在我国市场中，锌空气电池行业参与者主要有上海博信、鹏辉能源、中航长力、九能京通、武汉泓元等。其中，中航长力开发的锌空气电池已经用于电动大巴，并在北京奥运会期间使用。

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