基于锌空气电池的电极容量及高温性能研究

摘要

锌空气电池因其能量密度高、价格低廉、安全无污染等特点受到越来越多的关注，锌电极的放电容量是决定锌空气电池作为动力电源续航里程的重要因素。本文主要致力于提高锌电极连续一次性放电的放电容量和锌电极经过不同环境处理的放电容量，从而分析锌电极在不同工作环境下的反应机理，并找出锌电极的最佳工作状态。根据锌空气电池放电发热这一现象，实验得出电池最佳工作温度，并从理论角度分析这一现象的原因。进而在提高锌电极放电容量的基础下，探讨了锌空气电池未来产业化发展模式。
　　本文的主要工作包括：第一，在不增加碳电极面积的前提下，通过改变锌电极的放电模式、更换放电过程中的电解液、掺混（碎海绵、电解锌）等方法提高锌电极的放电容量。第二，研究不同实验环境下锌电极的存放电极效率，设计实验分别从电池存放环境、激活电流、存放时间、激活深度四个方面探究电极活化、钝化的关系。第三，从三个零界温度出发，探究锌空电池高温环境下的放电特性。第四，结合锌空气电池自身特点对锌空气电池产业化发展模式进行探讨。取得的主要进展和成果如下：
　　1.掺混碎海绵、间歇放电模式、定时更换电解液均可使锌电极放电容量增加；电解锌的掺入使单位碳电极面积下锌电极极限厚度增加，锌电极的极限添加量增加。结果显示扩散是锌电极反应的重要步骤，间歇放电模式为反应产物扩散提供时间，掺入碎海绵、定时更换电解液为反应产物扩散提供场所；纯电解锌放电因颗粒小，电子传递环节多，放电功率低；电解锌与锌粉混合，在反应过程中大颗粒的锌粉与电解锌逐个激化，此起彼伏，达到一种间歇模式，同时电解锌在锌电极中起到“活性因子”和“造孔剂”的作用，提高了单位碳电极面积的锌电极厚度。
　　2.已激活的电池，密封存放比开放空气极存放电极效率高；激活电流越大，电极效率越低；电极效率在电池存放1周内无明显降低，而存放1个月的电极效率仅为1周的40％；电池利用率最高的激活深度是40%。
　　3.随着温度的升高，锌空气电池工作电压较常温下有明显上升，而电池的开路电压却呈下降趋势，同时也因温度升高导致失水量增加，使电池提早失效。高温使得电池的内阻和过电位下降，致使放电电压上升，高温又使锌氧电位之间差值减小，导致开路电压下降。
　　4.“电-电混合”商业模式的建立弥补了现有电池市场续行里程短等问题，建立了换电电池商业模式，改变了电池只能充电的传统观念。
　　5.液流电池为锌空电池的应用领域开辟了全新的道路，锌空电池产品化价值值得深思。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 锌空气电池的提出及介绍

1.3 研究现状

1.4论文的研究意义及内容

第二章 锌电极短期放电容量的研究

2.1压力连接电池组结构

2.2实验

2.3结果与分析

2.4 本章小结

第三章 不同实验环境下锌电极存放效率研究

3.1实验

3.2结果与分析

3.3 本章小结

第四章 锌空气电池在高温环境下放电性能的研究

4.1实验

4.2 结果与讨论

4.3 结论

第五章 不同容量锌空气电池的设计

5.1锌空气电池应用

5.2 大容量锌空气电池未来技术发展路线和前景展望

5.3 本章小结

第六章 工作总结和展望

6.1 工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果