項(xiàng)目六任務(wù)1-鋅空氣電池的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用課件

1、 學(xué)習(xí)任務(wù) 1 鋅空氣電池的結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用1項(xiàng)目六 用于電動(dòng)汽車的其他動(dòng)力源【新能源汽車動(dòng)力電池及能量管理技術(shù)】主講人：李冰 王登強(qiáng) 學(xué)習(xí)任務(wù) 1 目錄CONTENTS01學(xué)習(xí)目標(biāo)02知識(shí)內(nèi)容03課堂練習(xí)目錄CONTENTS01學(xué)習(xí)目標(biāo)02知識(shí)內(nèi)容03課堂練習(xí)01 PART ONELearning target學(xué)習(xí)目標(biāo)01 PART ONELearning targe鋅空氣電池的原理1鋅空氣電池的分類2Learning target學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)鋅空氣電池的應(yīng)用3鋅空氣電池的優(yōu)缺點(diǎn)4鋅空氣電池的原理1鋅空氣電池的分類2Learning tar學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn) 1.鋅空氣電池的原理學(xué)習(xí)重點(diǎn)2.

2、鋅空氣電池的優(yōu)缺點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn) 1.鋅空氣電池的原理學(xué)習(xí)重點(diǎn)2.鋅空氣02 PART TWOKnowledge Content知識(shí)內(nèi)容02 PART TWOKnowledge Cont知識(shí)內(nèi)容鋅空氣電池主要由空氣電極、電解液和鋅陽極構(gòu)成。以空氣中的氧作為正極活性物質(zhì)金屬鋅作為負(fù)極活性物質(zhì)多孔活性炭作為正極鉑或其他材料作為催化劑使用堿性電解質(zhì)1.鋅空氣電池原理知識(shí)內(nèi)容鋅空氣電池主要由空氣電極、電解液和鋅陽極構(gòu)成。1.鋅氧氣經(jīng)多孔電極擴(kuò)散層擴(kuò)散到達(dá)催化層，在催化劑微團(tuán)表面的三相界面處與水發(fā)生反應(yīng)，吸收電子，生成OH-，陽極的鋅與電解液中的OH-發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成ZnO和H2O，并釋放出電子，

3、電子被集電層收集起來，在外電路中產(chǎn)生電流。知識(shí)內(nèi)容1.鋅空氣電池原理氧氣經(jīng)多孔電極擴(kuò)散層擴(kuò)散到達(dá)催化層，在催化劑微團(tuán)表面的三相界電池工作的化學(xué)反應(yīng)式如下負(fù)極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：總電池反應(yīng)式: 知識(shí)內(nèi)容1.鋅空氣電池原理電池工作的化學(xué)反應(yīng)式如下知識(shí)內(nèi)容1.鋅空氣電池原理金屬Zn資源豐富、價(jià)格低廉，被廣泛地運(yùn)用于作為電池的負(fù)極材料。鋅電極在堿性水溶液中容易發(fā)生自放電，充放電循環(huán)過程中還容易發(fā)生電極變形和枝晶問題。鋅空氣電池的容量取決于鋅電極，由于充電時(shí)鋅負(fù)極容易出現(xiàn)鋅枝晶的變形和下沉問題，影響電極的循環(huán)性能。在二次可充電鋅空氣電池中采用具有良好性能的三維網(wǎng)絡(luò)狀骨架結(jié)構(gòu)，孔隙率高且微孔分布均勻，可提

4、高電極的真實(shí)微觀表面積，有效降低其真實(shí)電流密度，使得電解液擴(kuò)散容易，電極極化減緩，放電性能提高，比較適合高倍率放電的要求。知識(shí)內(nèi)容1.鋅空氣電池原理金屬Zn資源豐富、價(jià)格低廉，被廣泛地運(yùn)用于作為電池的負(fù)極材料2.鋅空氣電池的分類鋅空氣電池根據(jù)其充電的方式，以及在電動(dòng)車輛及其他領(lǐng)域上應(yīng)用的特點(diǎn)可分為三類：直接再充式鋅空氣電池機(jī)械充電式鋅空氣電池注入式鋅空氣電池。知識(shí)內(nèi)容2.鋅空氣電池的分類鋅空氣電池根據(jù)其充電的方式，以及在電動(dòng)車（1）直接再充式鋅空氣電池直接對(duì)鋅空氣電池的鋅電極充電，鋅在堿性溶液中的電化學(xué)活性很大，同時(shí)熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，充電產(chǎn)物鋅酸鹽在強(qiáng)堿溶液中的溶解度較高，容易出現(xiàn)電極變形、枝

5、晶生長(zhǎng)、自腐蝕及鈍化等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電極逐漸失效?？諝怆姌O可逆性差，在大氣環(huán)境中電解液容易碳酸化，且電解液受空氣濕度的影響較大。當(dāng)空氣相對(duì)濕度較低時(shí)，電池將損失水分，導(dǎo)致電解液不足電池失效當(dāng)空氣相對(duì)濕度較高時(shí)，電解液變稀，導(dǎo)電率降低，還有可能淹沒氣體電極的催化層，降低電極活性，從而導(dǎo)致電池失效。因此，直接再充式鋅空氣電池的應(yīng)用受到了一定的限制。知識(shí)內(nèi)容2.鋅空氣電池的分類（1）直接再充式鋅空氣電池直接對(duì)鋅空氣電池的鋅電極充電，鋅在機(jī)械式充電是指在電池完全放電后，將電池中用過的鋅電極取出，換入新的鋅電極，或者將整個(gè)電池組進(jìn)行完全更換，整個(gè)過程控制在較短的時(shí)間內(nèi)(35min)。使用過的鋅電極或鋅空

6、氣電池可在專門鋅回收利用廠進(jìn)行回收再加工，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保無污染生產(chǎn)。以以色列研制的該類電池為例：鋅空氣電池比能量達(dá)到180220Whkg，在80%放電深度時(shí)峰值比功率可達(dá)100 wh。采用的電池模塊由22塊單體電池組成，容量和能量分別達(dá)到：250Ah和625 kWh。整個(gè)電池組由24個(gè)模塊組成，總能量為150kWh，質(zhì)量約800kg。知識(shí)內(nèi)容（1）直接再充式鋅空氣電池2.鋅空氣電池的分類機(jī)械式充電是指在電池完全放電后，將電池中用過的鋅電極取出，換（2）機(jī)械充電式鋅空氣電池該電池組更換一次鋅電極可以使得車輛續(xù)駛里程超過300km，已成功應(yīng)用于德國(guó)郵政車輛。鋅電極更換和再利用工作由專門的充電站來完成

7、。知識(shí)內(nèi)容2.鋅空氣電池的分類（2）機(jī)械充電式鋅空氣電池該電池組更換一次鋅電極可以使得車輛（3）注入式鋅空氣電池注入式鋅空氣電池的基本原理與機(jī)械充電式鋅空氣電池相似，本質(zhì)上都是采用更換鋅極活性物質(zhì)。該種電池是將配制好的鋅膏源源不斷地通過擠壓或壓力輸送送入電池內(nèi)，同時(shí)將反應(yīng)完畢的混合物抽取到電池外，這樣在電動(dòng)車輛上應(yīng)用時(shí)，電池系統(tǒng)只需攜帶盛放鋅膏的燃料罐，燃料罐加注足夠的鋅膏燃料就可實(shí)現(xiàn)車輛的連續(xù)行駛。知識(shí)內(nèi)容2.鋅空氣電池的分類（3）注入式鋅空氣電池注入式鋅空氣電池的基本原理與機(jī)械充電式3.鋅空氣電池的應(yīng)用1995年以色列電燃料（Electric Fuel）有限公司首次將鋅空氣電池用于載重10

8、00kg、總重3500kg的電動(dòng)郵車上，使得鋅空氣電池進(jìn)入了實(shí)用化階段。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：比能量達(dá)到207Wh/kg350kg的鋅空氣電池使電動(dòng)郵車行駛了300km最高車速可達(dá)120km/h由靜止加速到80km/h為12s更換鋅粒匣和灌滿電解質(zhì)的時(shí)間為2min以色列設(shè)有每小時(shí)能處理10kg鋅的再生處理廠，可以供給1015輛電動(dòng)郵車更換鋅粒匣服務(wù)。知識(shí)內(nèi)容3.鋅空氣電池的應(yīng)用1995年以色列電燃料（Electric美、德、瑞典等都在EV上積極推廣鋅空氣電池。1.美國(guó)Dreisback Electromotive公司開發(fā)的鋅空氣電池，已在公共汽車和總重9t的貨車上使用，公共汽車可連續(xù)行駛10h左右，貨車

9、最大續(xù)駛里程達(dá)113km。2.德國(guó)奔馳汽車公司的MB410型電動(dòng)廂式車采用150kWh的鋅空氣電池，從法國(guó)的Chambery城越過阿爾卑斯山，連續(xù)爬坡150km，公路全程244km，到達(dá)意大利的都靈，僅消耗了65%的電量（97.5kWh）。該車從德國(guó)的不萊梅到波恩，最高車速達(dá)到120 km/h，一次充電后走完全程425km的路程。 3.瑞典斯德哥爾摩市的電動(dòng)貨車、客車和服務(wù)車輛上的鋅空氣電池比能量180Wh/kg，比功率100Wh/L，續(xù)駛里程350425km之間。該市的鋅空氣電池廢料回收處理能力為250kg/h，可為150輛EV提供再生的鋅粒。知識(shí)內(nèi)容3.鋅空氣電池的應(yīng)用美、德、瑞典等都在E

10、V上積極推廣鋅空氣電池。知識(shí)內(nèi)容3.鋅空國(guó)內(nèi)部分廠家已經(jīng)在注入式鋅空氣電池方面開展了多年的研究工作，并且在部分電動(dòng)車輛上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性裝車測(cè)試。2010年，北京市安排5輛電動(dòng)大客車和環(huán)衛(wèi)車進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，另安排50輛電動(dòng)大客車和環(huán)衛(wèi)車電池，在北京市政府指定的線路進(jìn)行路試，投入市公交和環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)的試驗(yàn)運(yùn)行，為市場(chǎng)化運(yùn)作提供可靠的依據(jù)。知識(shí)內(nèi)容3.鋅空氣電池的應(yīng)用國(guó)內(nèi)部分廠家已經(jīng)在注入式鋅空氣電池方面開展了多年的研究工作，國(guó)內(nèi)鋅空氣電池應(yīng)用現(xiàn)狀知識(shí)內(nèi)容國(guó)內(nèi)鋅空氣電池應(yīng)用現(xiàn)狀知識(shí)內(nèi)容4.鋅空氣電池的優(yōu)缺點(diǎn)(1)容量大：空氣電極的活性物質(zhì)氧氣來自周圍的空氣，材料不占用電池空間，在相同體積、重量的情況下，鋅空

11、氣電池就儲(chǔ)存了更多的反應(yīng)原料，因而容量就會(huì)高出很多。(2)能量密度高：理論可達(dá)1350Wh/kg，目前已研制成功的鋅空氣電池比能量已經(jīng)可以達(dá)到200Whkg以上，是鉛酸電池的5倍。(3)價(jià)格低廉：陰極活性物質(zhì)氧氣來自空氣，除了空氣催化電極之外，不需要任何高成本組件；陽極活性物質(zhì)鋅來源充足，資源豐富，價(jià)格便宜，并且鋅可回收利用，價(jià)格可進(jìn)一步降低。知識(shí)內(nèi)容優(yōu)點(diǎn)4.鋅空氣電池的優(yōu)缺點(diǎn)(1)容量大：空氣電極的活性物質(zhì)氧氣來(4)儲(chǔ)存壽命好:鋅空氣電池在儲(chǔ)存過程中均采用密封措施，將電池的空氣孔與外界隔絕，因而電池的容量損失極小，儲(chǔ)存壽命好。(5)鋅可以回收利用、制造成本低:鋅來源豐富，生產(chǎn)成本較低、回收

12、再生方便且再生成本較低。(6)綠色環(huán)保:鋅空氣金屬燃料電池負(fù)極物質(zhì)放電完畢后變成氧化鋅，可通過電解還原成鋅。在使用完畢后，正負(fù)極物質(zhì)容易分離，便于集中回收，對(duì)于某些不便回收的場(chǎng)合，由于鋅空氣金屬燃料電池內(nèi)無有害物質(zhì)即使拋棄也不會(huì)造成環(huán)境污染。知識(shí)內(nèi)容4.鋅空氣電池的優(yōu)缺點(diǎn)(4)儲(chǔ)存壽命好:鋅空氣電池在儲(chǔ)存過程中均采用密封措施，將電1)防止電解液中水分的蒸發(fā)或電解液的吸潮。2)避免鋅電極的直接氧化。3)防止鋅枝晶的生長(zhǎng)。4)提高空氣電極催化劑活性。5)控制電解液的碳酸化。6)解決電池的發(fā)熱和溫升問題。知識(shí)內(nèi)容缺點(diǎn)1)防止電解液中水分的蒸發(fā)或電解液的吸潮。知識(shí)內(nèi)容缺點(diǎn)03 PART FOURClass practice課堂練習(xí)03 PART FOURClass practic1.車用鋅空氣電池的優(yōu)缺點(diǎn)