锌-空气电池的应用

锌-空气燃料电池具有安全、零污染、高能量、大功率、低成本及材料可再生等优点，因而被专家们认为是装备电动汽车等的理想动力电源。锌-空气电池的电压为1.4V左右，放电电流受活性炭电极吸附氧及扩散速度的制约。每一型号的电池有其最佳使用电流值，超过极限值时活性炭电极会迅速劣化。电池的电荷量一般比同体积的锌锰电池大3倍以上。大型锌-空气电池的电荷量一般在500～2000A·h，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200～400m A·h，已广泛用于助听器中(图6-10 (a))。如果能普及使用锌-空气燃料电池的话，可大大减少空气和噪声污染。因此，由美国能源部和中国科技部授权成立的“美中能源环境技术交流中心”已经把锌-空气动力燃料电池作为向中国推荐的重点合作项目。我国是锌储量居世界第一的国家，在氢氧燃料电池车的商业化面临价格昂贵、投资巨大、技术瓶颈一时难以逾越的时候，锌-空气燃料电池的诞生也许可为环保汽车的普及提供一条捷径。现在，由锌-空气燃料电池驱动的电动自行车(图6-10(b))已经走上了上海街头，这款锌-空气燃料电池车最大的特点是续驶里程长，可以达到200km以上;另一个独特之处是它采用换电池来代替传统电动车充电的方式，每次换电池大约3min。

图6-10 锌-空气电池的应用

(a)纽扣电池;(b)电动车电池

对于使用者而言，用电器使用时间越长越好，价格越便宜越好。这对为用电器提供电源的电池提出了更高的要求。锌-空气电池与其他电池相比，具有下列优势。

(1)容量优势。在一次电池体系中，锌锰干电池的价格虽然便宜，但容量太低，碱性锌锰电池各方面性能虽还可以，但其一次使用时间与目前的可充电MH-Ni电池相比无明显优势，价格较高。

(2)价格优势。锌-空气电池的结构与碱性锌锰电池基本相似，不同之处主要在正极。当产量达到一定的规模时，其价格与碱性锌锰电池差不多。对锌-空气电池而言，使用不同的催化剂，也会有不同的价格。铂比其他过渡金属氧化物质催化活性要高，但原料成本(约30000元/kg)比其他催化剂都要高;银是典型的氧化氧还原剂之一，但银售价约1050元/kg左右，成本较高，另外它还容易引起重结晶;钙钛矿型复合氧化物组分丰富多样，其主要成分来自于储量丰富的稀土原料，价格较低，经测试催化活性与铂和银相差不是很远，是理想的氧电极催化剂材料，对组分原子化合价进行控制，可以合成不同的钙钛矿型氧化物，并且经估算其成本400～500元/kg。

(3)工艺优势。空气电极具有易加工、可靠性高的特点。不仅可以制成圆柱形，还能加工成方形、扁形等多种形状。对于旅游、出差或野外工作的人员来说，是一个很好的选择。

(4)环保优势。锌-空气电池的主要材料是锌，在解决锌无汞化的问题时，可以继承碱性锌-锰电池电极无汞化的技术和经验。电池使用后的主要产物是氧化锌，空气电极和包装的外部也较容易除去，因此回收与处理都较方便。