发展中的锌∕氧化银蓄电池.pdf

Vol.33o.122013.12
船咆故本电池
发展中的锌/氧化银蓄电池
傳强
海军驻昆明地区军事代表办事处,昆明650118)
摘要:本文概述了锌/氧化银蓄电池的工作原理、特点与用途,以及锌/氧化银蓄电池研究进展。
关键词:锌化银莟电池原理特点综述
中图分类号:TM912
文献标识码;A
文章编号:1003-4862(2013)12-0039-03
Zn-ago rechargeable Battery in Developing
Fu Qiang
(Naval Representatives Office in Kunming, Kunming 650118, China)
Abstract: This paper describes the operating principle and characteristics of Zn-ago rechargeable Battery.
In addition, the research status at home and abroad is reviewed and the key technologies needed for
preak-through are summarized
Keywords: Zn-ago rechargeable battery; principle; characteristics, review
基本原理
电池放电时负极活性物质氧化,锌负极的放
锌/氧化银鼇电池是一种使用广泛,性能优良电产物为ZnO和Znr(OH)2两种,两者的电极电势
的碱性电池,以氧化银(AgO和Ag2O)为正投差別不大,不会造成电池电压的差异。
(+),锌(Zn)为负极(一),氢氧化钾的水溶2特点与用途
液为电解液,电化学表达式可写成
1)工作电压和实际比能高。
(-)Zn/KOH/Ago (Ag20)(+
锌/氧化银蓄电池在电解液浓度为39.2%时,
充放电时,其电化学反应原理如下:
理论比能量为457Whkg,实际重量比能达210
正极2A9O+H2O+2e日Ag10+20H
Whkg,体积比能达600WhL2
O+H1O?12e日2Ag+2OH
2)高倍率放电特性好
负极Zm+20H旧Zn(OHD2+2e
锌/氧化银蓄电池电池内阻小、极化低,能以
很高的放电倍率进行放电。比如,作为鱼雷动力
或Zn+20H曲ZnO+HO+2e
用时,它可在10C以上的倍率下进行放电,不仅
电池总反应:
放电电压平稳,而且电压高、能量效率高。通常
2n+2AsO+H1O已2ZOH+A82O在室温下,锌氧化银蓄电池以1C倍率放电时
Zntag, 0+H, 05 fut Zn(OH), 2ag
可放出约90%的额定容量,在3C倍率下还能放
出约70%的额定容量。锌/氧化银蓄电池典型的充
电池放电时正极活性物质还原,由于AgO转
放电曲线见图1。
换成Ag20的电极电势与Ag2O转换成Ag的电极
3)充电效率高
电势不同,因此锌氧化银电池的放电曲线上出现
当充电因素为1.05时,锌/氧化银蓄电池的
高低两个电压平阶。在高倍率放电或有特殊添加
充电效率为0.90~0.95。
剂时高电压平阶可以部分减少,甚至消失。
4)具有较小的自放电速率,干态贮存寿命长
)安全性好
收搞日期:2013-07-09
锌/氧化银蓄电池经多年研究开发,技术成
作者简介:傅强(1965-),男。研究方向:鱼雷
万方数据
船电故木电池
Vol.33No.122013.12
熟、产品可靠
迅猛发展。但由于充放电循坏过程中锌电极形变、
枝品短路、银迁移、隔膜氧化降解等原因,也是
充电曲线
常见动力电池中循环寿命最差的一种。主要研究
集中在锌电极和电池的隔膜材料上,银电极也得
政电曲犹
到关注。
3.1鋅电极
时间
1)锌电极在碱性溶液中的钝化机理以及锌电
图1锌/化银蓄电池典梨的充放电曲线
极的电化学行为
锌/瘋化银蓄电池的不足主要为
在碱性溶液中,锌的阳极莕解反应为
1)寿命较短,不耐过充
Zn+4OーZnO2+2H2O+2c
低放电率电池的湿搁置寿命最多为2~3年,
生成的ZnO2在碱中的溶解度为1-2moL。
高放电率电池的湿搁置寿命只有3~18个月。
达到饱和后沉淀出Zm(OHI)2,将阻止电极反应继
2)成本高
续进行。因此,高电流密度下,锌电极的容量决
采用贵金属银材料,电池的成本很高。
定于碱溶液的体积。
由于该电池寿命短、成本高,限制了使用范
在低电流密度下,锌电极在鉋和锌酸根溶液
围。主要用于军事、国防及尖端科技领域,用作中能继续放电生成2Zn(OH)2沉淀或ZnO
通信、照明、仪器仪表直流电源,以及特殊装备
Zn-20H'→Zn(OH)2↓+2e或Zn+20H→
的动力电源。
Zno+H0+2e
美国为锌/氧化银蓄电池研制和使用最广泛
在碱性溶液中,锌酸根(ZnO2)深度越大,
的困家,最初应用在鱼雷中,随后水下应用得到锌电极越纯,锌的腐蚀速度率越小。在高电流密
开发,包括水雷、浮标、特种测量船、游泳者辅度ド,锌电极会产生钝化。防止锌电极钝化的措
助工具和现在的深潜救生艇,最新研制的蛀人潜施是控制电流密度和改善物质条件,如采用多孔
水器也采用高功率锌/氧化银蓄电池。更有很多空电极是比较好的办法之
间应用。 Yardney Technical Products Inc.和
锌电极变形及控制研究的
Eagle- Picher Industries,Inc为美国锌/化银蓄电
所谓“锌变形”是指在充放电过程中活性物
池两大著名制造商,研制有各种高性能的锌/氧化质在电极表面重新分布,导致锌电极的有效面积
银蓄电池,研制的锌/氧化银蓄电池重量比能、体减少,容量降低,电池使用寿命缩短。对产生“变
积比能分别达到217Wh/kg、590Wh/L。
形”的原因,比较典型有Choi等提出的隔膜传输
我困的锌/氣化银蓄电池是随着导弹、字航事模型、 Mcbreen提出的浓差模型和 Einerhand等
业的发展而发展起来的。从20世纪50年代末开提出的密度剃度模型等。目前减少形变的措施主
始研制,1962年生产出第一个品种一XY20碱性要有降低氧化锌在碱液中的溶解度、使电流密度
蓄电池。目前已有许多生产厂家和科研院所可以在电极表面分布更均匀以及减少电池中的对流传
生产从毫安级的小型扣式电池到几千安时的大容质等。
量开口电池,研制的锌银蓄电池湿荷电寿命2003.2隔膜
天以上,比能达206.8Wh/kg?。伴随着航空航天
锌/氧化银蓄电池是目前所有蓄电池中对隔
技术的发展,锌/氧化银蓄电池也成为目前国内使膜要求最高的。它不仅需具备般隔膜的条件
用最广的水中兵器装备动力电源,应用于多型鱼如机械强度好、耐电解液腐蚀等,而且还需要满
雷操雷,潜艇模拟器和诱饵,一些深澘器、海洋足:具有良好的吸贮电解液的性能,良好的化学
装备等也使用锌/氧化银蓄电池。
稳定性,良好的抗枝晶穿透能力及较小的比电阻
能够