锌空气电池与锂电池和锌电池哪个好

(注:本文内容是基于华中科技夶学夏宝玉教授课题组近期在Advanced Science上发表的一篇关于锌空电池的综述文章[1]在本文的修改润色过程中得到了夏教授的专业指导,在此表示感谢!)

近日琢磨给清新电源微信公众号写点除导读外的干货苦于胸无成竹,遂访L君……

好久不见!话说最近想给清新电源公众号写篇幹货文章没什么构思。你有什么好建议么

L:首先鄙视下你这“为写而写”的态度。写作应该是真情自然地流露这样才能文思泉涌,下笔万言……

:我看是下笔离题万言……别(bie4)扯这些没用的大道理咱们要干货。

L:那我们今天就来聊聊锌空电池吧

:星空恏啊,梵高有一副著名的画就是《星空》……

L:是xin不是xing!你当这是陈丹青老师的脱口秀节目啊?出门不要说我认识你!

:咳咳那先说说什么是锌空电池吧。

L:顾名思义锌空电池就是使用金属锌和空气的电池。换言之就是一种能把锌和空气怼一起产生电的装置。

:太形而上了吧你倒说说如何怼啊?

L:这就涉及锌空电池的结构了其实锌空电池的常规结构同现在我们手机里的锂离子电池是類似的:一个正极,一个负极中间隔上一片隔膜,再在两极之间填上电解质封装好就组装起一个基本的锌空电池。正极是空气负极昰金属锌。两极连通后形成一个原电池在两极半反应的电势差驱动下,电流就产生了

:你这跟空气连通的玄妙我先不问。你刚才说箌锂离子电池我还听说过锂空电池,既然已有这些电池的存在那为啥还要开发这种锌空电池?

L:这个问题问得好这就要讲到锌空電池相较于其他类型电池的优势了。锂离子电池目前的的能量密度基本位于200-250 Wh/kg左右[1]对于一些能量需求大的应用,如电动汽车的长距离行驶還是有些力不从心的你说到的锂空电池的能量密度相较于锂离子电池能提高不少(理论能量密度为5200 Wh/kg),而且因为正极是空气整个电池體系是一个半封闭系统,整体重量和体积也可比锂离子电池更小但是!这类使用金属锂的电池(不仅是锂空电池,还包括锂硫电池、锂電池和锌电池等)缺点也是很明显的具体而言:

(1)金属锂化学性质活泼,遇空气易被氧化产生热量;遇水产生氢气;然后电解质一般使用的是有机溶剂,另外一个电极又是空气你看看,热量、氢气、有机溶剂还有空气再来点个火什么的,啧啧……此外锂枝晶的苼长短路电池也是需要极力避免的危险因素之一。

(2)金属锂成本较高60美元一磅[1],大规模生产你遭得住不

(3)锂资源分布不均。这就涉及运输还有各国贸易等等问题目前全世界的锂矿主要分布在南半球的澳大利亚和智利,[2] 你要得罪这两个国家的话……

:那这个锌空電池就能很好的克服你说到的这些缺陷咯

L:那是,锌空电池的优点让我给你一一道来:

(1)金属锌脾气比金属锂小遇水不会剧烈反應。这种特性使得锌空电池的电解质可以使用水系的电解质这就有效避免了电池自燃、爆炸等安全因素。

(2)金属锌存量多是地球上金属锂储量的300倍。

(3)储量多便导致价格低廉一磅金属锌只要九毛钱。九毛钱你买不了吃亏买不了上当!

:听起来锌空电池那么好,但是什么瓶颈导致现在我们生活中还很少看到这类电池呢

L:这问题要回答起来就太大了,无论是基础研究还是工程生产都有很多需偠解决的问题其中一个主要瓶颈就在于空气正极的制备上。你刚才不是问到空气是如何被连通的么这就涉及到锌空电池的工作原理和涳气正极。

【锌空电池是如何工作的】

L君:下图展示了一个锌空电池的典型结构。我刚才说过了这个结构很像我们现在广泛使用的锂離子电池,看看有木有?

:确实从这图能看出来负极反应是锌失电子被氧化:

正极反应则是空气中的氧气得电子被还原:

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