13、锌空气纽扣电池：特性、化学原理与性能表现

锌空气纽扣电池：特性、化学原理与性能表现

1. 锌空气电池概述

锌空气电池利用周围大气中的氧气来产生电化学能量。当电池暴露在空气中时，氧气会扩散到电池内部，并作为阴极反应物参与反应。空气通过阴极到达与电池电解质接触的内部阴极活性表面，在活性表面，空气阴极在水性碱性电解质的存在下催化促进氧气的还原反应。在这个过程中，催化空气电极不会被消耗或改变。由于一种活性材料（氧气）位于电池外部，电池的大部分体积可以容纳另一种活性成分（锌），因此锌空气电池在单位体积基础上具有非常高的能量密度。

1.1 优缺点

锌空气电池具有诸多优点，也存在一些缺点，具体如下表所示：
| 优点 | 缺点 |
| — | — |
| 高能量密度 | 受环境条件影响：暴露在空气中后“干涸”会限制保质期；“水淹”会限制功率输出 |
| 平坦的放电电压 | 功率输出有限 |
| 长保质期（密封状态） | 激活后的使用寿命短 |
| 无生态问题 | |
| 低成本 | |
| 在工作范围内，容量与负载和温度无关 | |

1.2 发展历程

早在19世纪初，人们就首次注意到大气氧气在电化学系统中作为去极化剂的作用。然而，直到1878年，才设计出一种电池，用多孔镀铂碳/空气电极取代了著名的勒克兰谢电池中的二氧化锰。由于技术限制，锌空气电池直到20世纪30年代才实现商业化。1932年，海斯和舒马赫制造了碱性电解质锌空气电池，其多孔碳空气阴极浸渍了蜡以防止水淹。这种设计至今仍几乎未变地用于大型工业锌空气电池的制造。这些电池以其非常高的能量密度但低功率输出能力而著称，被用作远程铁路信号和导航辅助系统的电源。但