可充锌空气电池关键问题研究进展

可充锌空气电池具有能量密度高、资源丰富、价格低廉、反应活性物质绿色无污染等特点,被认为是一种有巨大市场前景的新一代电池,但可充锌空气电池存在的问题严重制约了其发展和商业化进程。因此,本文综述了可充锌空气电池锌阳极枝晶生长、形变、钝化、析氢腐蚀、电解质挥发和碳酸盐沉淀5个关键科学问题的研究进展,并展望了未来关于这些关键科学问题解决的切入点,对开发高效、耐久可充锌空气电池具有重要指导意义。     

锌空气电池关键问题与发展趋势

电化学可充的锌-空气电池具有能量密度高、水系电解液安全和成本低等特点,是电能高效转换和储存的重要技术方向,无论作为动力电池用于纯电动汽车等移动交通工具,还是用于新能源发电过程储能,都具有广阔发展前景。但正极存在电极结构设计和催化剂开发问题,负极存在抑制枝晶、控制析氢和提高锌循环性能等挑战,严重阻碍了锌空气电池的商业化进程。本文详细分析了锌-空气电池的关键科学问题,尤其是关于空气电极的催化剂、电极结构、锌枝晶等问题,结合电池性能进行详尽讨论。归纳现有研究后认为:开发新型电催化剂和空气电极,发展循环寿命长、成本低的锌负极制造技术与工艺,是锌空气电池所面临的亟需解决问题和未来的发展趋势。     

锌空气电池锌负极研究进展

在可再生能源发电和电动汽车技术领域,发展能量密度高、安全可靠、绿色无污染的锌空气电池具有重要社会经济价值。但锌空气电池负极存在的问题严重影响了电池的使用性。本文从析氢腐蚀、枝晶生长、电极形变和钝化4个方面介绍锌空气电池负极的研究状况,深入分析无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和混合缓蚀剂对析氢腐蚀的抑制作用;讨论添加剂、隔膜和操作条件对枝晶形成与生长的影响;阐述电极形变的机理与常见的解决方法;简述锌负极钝化发生的原因和对电池性能的影响。研究结果表明,电化学可充的锌空气电池比一次锌空气电池更具有市场前景,进一步抑制析氢腐蚀仍是今后锌负极研究的重点,提高循环过程的容量与功率稳定性是满足实际应用的关键。     

水分交换对锌空气电池性能的影响

为了研究水分交换对锌空气电池性能的影响,本文分别测试了锌空气电池的吸水、失水性能及其恒流放电性能。结果表明,电池的吸水与环境湿度和电池内部的湿度差值直接相关,并且电池吸水对电池性能的影响大于电池失水对电池性能的影响,而锌空气电池吸水造成正极性能的衰减,是引起电池性能下降的主要原因。     

水分交换对锌空气电池性能的影响

为了研究水分交换对锌空气电池性能的影响，本文分别测试了锌空气电池的吸水、失水性能及其恒流放电性能。结果表明，电池的吸水与环境湿度和电池内部的湿度差值直接相关，并且电池吸水对电池性能的影响大于电池失水对电池性能的影响，而锌空气电池吸水造成正极性能的衰减，是引起电池性能下降的主要原因。     

高电流密度下可充放电式锌空气电池研究取得进展

正可逆锌空气电池具有价格低廉、环境友好和能量密度高(1084Wh kg~(-1))等优势,在便携式交通工具和能量储存器件应用方面潜力巨大。该电池的核心组分是驱动氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的双功能催化剂,但存在动力学缓慢及循环稳定性差等问题。因此,发展廉价、高效的双功能催化剂,对于推动可逆锌空气电池的实际应用具有重要意义。     

非贵金属双功能催化剂在锌空气电池研究进展

基于氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）的锌空气电池空气阴极动力学缓慢，制约了锌空气电池的进一步发展。贵金属催化剂具有高催化活性，但成本高、稳定性差等问题限制了其进一步应用。通过开发高活性、低成本非贵金属双功能催化剂能够有效解决上述问题。本文在介绍锌空气电池的结构和性质的基础上，系统介绍了不同种类的非贵金属催化剂在锌空气电池中的研究进展，如MOF衍生的双功能催化剂、非金属双功能催化剂、过渡金属双功能催化剂等，介绍了不同种类催化剂的优缺点，并对催化剂的催化活性中心和电化学性质进行阐述。最后，进一步指出对特定催化剂金属活性位点的增加和形貌结构的调控是该领域的研究重点，并提出了锌空气电池在表征方式、性能调控和优化电池中应采取的措施。     

锌空气电池氧化还原催化剂的研究进展

结合近几年国内外锌空气电池阴极催化剂的研究成果,从碳材料催化剂、金属催化剂及金属化合物催化剂等方面综述了这几类催化剂研究现状,并对锌空气电池的发展进行了展望。     

改性聚乙烯醇制造原电池隔离膜

1 本发明所属的技术领域，本发明的原电池隔离膜所适用的电池为：采用碱性电解液及金属锌及负极的碱性锰电池、空气锌电池、氧化银锌电池等原电池。     

可充锌空气电池非贵金属阴极催化剂研究进展

针对不同催化剂体系下可充锌空气电池的研究情况和发展问题进行了综述。可充锌空气电池的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)速度缓慢,限制了它们的大规模应用。目前对可充锌空气电池的研究主要集中在非贵金属阴极催化剂上,以杂原子掺杂碳材料、过渡金属氧化物以及过渡金属硫化物为代表。最后对非贵金属阴极催化剂研究提出了展望。     

钛板为负极载体的酸性二次电池性能研究

在国内首次自组装了以Pt／C气体扩散电极为正极,Ti板为负极材料的新型酸性锌空气电池,进行了新电池性能测试。结果如下,实验以电流密度为20mA／cm。来恒流充放电,首次放电压平台在0．92V,充电平台在2．65V左右,充电电压在不断上升,可能是由于氧气析出后破环了Pt／C电极结构引起;在新型锌空电池的锌负极表现出优良的性能,在整个电池性能改变时,锌负极的沉积与溶出所需电压基本维持稳定状态,实验进行了七个循环,显示出酸性锌空气电池是可行的。     

理化所高电流密度下可充放电式锌空气电池研究取得进展

正可逆锌空气电池具有价格低廉、环境友好和能量密度高(1 084 Wh/kg)等优势,在便携式交通工具和能量储存器件应用方面潜力巨大。该电池的核心组分是驱动氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的双功能催化剂,但存在动力学缓慢及循环稳定性差等问题。因此,发展廉价、高效的双功能催化剂,对于推动可逆锌空气电池     

锂-空气电池的高性能空气电极的性能研究

锂-空气电池是比能量最高的二次电池,已成为当今化学电源领域的研究热点。在锂-空气电池的各个组件中,空气电极的设计和制备是进一步提高锂-空气电池性能的关键。以简单的合成方法制备了一种具有高催化活性的镍酸镧（LaNiO₃）催化剂,利用Super P作为催化剂载体制备了一种新型空气电极。实验结果表明,含有LaNiO₃催化剂的锂-空气电池具有良好的充放电性能,放电电压平台为2.59 V,放电容量达到1 109 mAh·g^-1。比较了2种碳材料（Super P和GNS）作为催化剂载体的空气电极对电池充放电性能的影响,发现多孔性的空气电极结构更有利于电池性能的提高。此外,还分析了控制电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）中水含量的必要性。由Super P、LaNiO₃及水含量小于1×10^-5的电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）组装成的锂-空气电池具有良好的循环性能,循环第五圈的容量保持率为96.21%,且不出现电压平台的明显变化。     

JQF—300型电池的研制及其应用

湖南师范学院化学系所研制的JQF—300型电池是一种碱性锌——空气电池,它具有体积小、质轻、比能量大、便于携带等优点。除报告中所述的用作航标灯电源具有很大的优越性外,它还可以用作农业上诱杀害虫的黑光灯电源,矿山井下作业的矿灯电源以及其他方面。这种化学电源制作简单,因此,这是一种有推广价值的化学电源。     

锌空气电池准中性电解液的研究

研究了锌空气电池中性、准中性电解液的主要成分,采用线性扫描伏安法考察了NH4Cl、ZnCl2、KCl及它们的混合溶液对锌电极电化学性能的影响,并组装电池恒流放电测试。结果表明,对于低电流密度放电要求的准中性锌空气电池采用NH4Cl作为主体电解质的锌电极性能相对较好;在NH4Cl溶液中添加KCl,有利于改善溶液导电性,提高放电电压和延长放电时间。最佳溶液配比为4 mol/L NH4Cl＋2 mol/L KCl。     

铝-空气电池阴极催化剂的研究进展

铝-空气电池是一种高容量密度的金属空气电池,其以低成本,高回收和无污染等特点而成为近年来关注的热点,也是发展绿色清洁能源的重要产业方向,但由于铝空气电池大规模开发的一些技术和科学问题尚未得到解决,从而严重制约了铝-空气电池的产业化进程。简要介绍了空气阴极的反应机理及其用于氧还原反应的电催化材料,包括贵金属催化剂,非贵金属催化剂和含碳材料等,并进一步对阴极催化剂未来研究的方向进行了分析和展望。     

锌-空气电池电解液Zn~(2+)浓度对析氢过程的影响

水溶液体系的二次金属-空气电池通常具有安全环保的特点,但是充电过程中仍然存在析氢副反应的安全隐患。使用线性电势扫描方法、Tafel极化曲线及极限扩散电流密度参数定量分析了二次锌-空气电池体系电解液中Zn2+浓度对析氢反应过程的影响。结果表明,随着电解液中Zn2+浓度的提高,析氢过电势逐渐增大,Zn2+浓度在6mol·L?1 KOH溶液中达到0.4 mol·L?1时,析氢过电势超过2.42 V,析氢过电势比空白溶液提高1.2 V,并且Tafel极化曲线的截距超过1.5 V,析氢电势达到超高过电势范围。此外,由Zn2+提供的极限扩散电流密度提高至8.9A·cm?2,所对应的过电势提高700 mV。研究结果对于确立二次锌-空气电池极限充电范围提供定量依据,对电池安全平稳运行具有重要价值。     

锌离子电池正极纳米片材料制备和电化学性能研究

锌离子电池是一种环保、廉价、安全的新型电池,它的电化学行为是正极二氧化锰通过锰的价态转换来存储二价锌离子。二氧化锰作为锌离子电池的正极材料,由于其比表面积大、导电性差等特点导致其容量并不能充分发挥。采用自反应反胶束法制备的二维超薄二氧化锰(Mn O2)纳米片作为一种储存锌离子的材料,从整体上提高锌离子电池的容量。以二维超薄二氧化锰(Mn O2)纳米片为正极的锌离子电池,当电流密度为0.1 A/g时,最高容量达到484.2 m A·h/g,接近锌离子电池的最大理论容量616 m A·h/g;当电流密度为5 A/g时,电池循环两百圈后的容量保持率也有80%,表现了很好的循环性能。     

半固态储能电池的研究进展

半固态储能电池结合了可充电电池的高能量密度和液流电池设计灵活的优点,是一种新型电化学储能技术,近年来受到人们的广泛关注。通过综述半固态电池在锂离子电池、锂硫电池、锌电池、空气电池、有机电池及其他不同类型的储能电池领域的研究进展,并探究了半固态电极中的活性材料、导电剂、电解液及电池结构对半固态电池性能的影响,进而对半固态电极发展中存在的问题进行了分析和总结,发现通过开发新材料与新化学体系,可有效提高半固态电池的性能。最后提出展望,今后半固态电池的研究重点为提高电池能量密度、循环稳定性以及降低浆料黏度等。     

聚四氟乙烯在锌-空气电池中的应用

为了改进锌－空气电池空气电极的、配方及工艺,笔者选用憎水型聚合物聚四氟乙烯作为空气电极的制膜基材和粘结剂,对其在电极中的用量及工艺参数进行了优化研究,并利用扫描电镜对电极的表观形态进行了观察,从微观结构上对电极的结构与性能关系进行了探讨。研究结果表明,所制得的空气扩散电极的电化学性能良好,由其与锌电极组装成的电池样品放电容量高达３６００mAh以上。