• 正文
    • 1.银锌蓄电池工作原理
    • 2.银锌蓄电池放电特性
    • 3.银锌蓄电池用途
    • 4.银锌蓄电池发展历程
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银锌蓄电池

2022/12/31 作者:wx喵不二~
阅读需 8 分钟
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银锌蓄电池是一种碱性蓄电池,突出优点是体积小、重量轻、容量大。例如15XYG-45型银锌蓄电池的重量只有12HK-28型电池的60%,而容量则为它的1.7倍。银锌蓄电池还有放电电压平稳和自放电小等优点,银锌蓄电池的缺点是寿命短,容易产生内部短路故障,而且造价很高。

1.银锌蓄电池工作原理

银锌蓄电池在充好电后,其正极板的活性物质是过氧化银(Ag2O2),负极板的活性物质是锌,电解液是以氢氧化钾为主,并配以锌酸盐的饱和水溶液。放完电后,正极板的活性物质变为银,负极板则变为氢氧化锌[Zn(OH)2]。

放电时,在负极锌与电解液中的氢氧根离子化合,生成氢氧化锌,并放出两个电子,其化学反应式为:

Zn+2OH-→Zn(OH)2+2e

在正极,化学反应分两个阶段进行。第一阶段,过氧化银获得电子并与水化合,生成氧化银(Ag2O)和氢氧根离子,其化学反应式为:

Ag2O2+H2O+2e→Ag2O+2OH-

当放电进行到一定程度时,转入第二阶段,氧化银又获得电子,并与水化合,生成银和氢氧根离子,其化学反应式为:

Ag2O+H2O+2e→2Ag+2OH-

与此同时,生成的银还会与过氧化银进行如下反应:

2Ag+Ag2O2→2Ag2O

综合以上4个反应式,得到放电时的化学反应式如下:

Ag2O2+ 2Zn + 2H2O→2Ag + 2Zn(OH)2

从上述化学反应过程可知,在放电时负极板上的锌被氧化,生成氢氧化锌,同时消耗掉氢氧根离子;正极板上的过氧化银被还原,先生成氧化银,继而生成银,同时消耗掉水,并产生氢氧根离子;电解液中的氢氧化钾并无消耗掉,离子钾和离子氢氧根仅是在两极间起输送电能的作用,但水则参与化学反应,不断被极板吸收,氢氧化钾的浓度越来越大。

银锌蓄电池的化学反应也是可逆的,故充、放电的化学反应式为:

Ag2O2+ 2Zn + 2H2O

2Ag + 2Zn(OH)2

银锌蓄电池工作原理

2.银锌蓄电池放电特性

电动势

银锌蓄电池电动势的变化,主要受正极板的化学反应阶段性影响,而与电解液的密度无关。 银锌蓄电池正、负极的电极电位φ与氢氧化钾百分比浓度N的关系如图1所示。从图1中可以看出氢氧化钾浓度变化(相当于密度变化)时,正、负极的电极电位都要变化,但它们的差值即电池的电动势基本保持不变。因此,银锌蓄电池的电动势与电解液的密度无关。

内电阻

与铅蓄电池一样,银锌蓄电池的内电阻也由极板电阻、电解液电阻和极板与电解液的接触电阻组成。由于银锌蓄电池在充、放电过程中不消耗氢氧化钾,因此内电阻的变化受电解液的影响较小,主要由极板生成物质的电阻决定。例如在放电过程的第一阶段,正极板生成阻值较高的氧化银,负极板也部分被氢氧化锌所遮盖,因此内电阻将逐渐增大。笫二阶段由于正极板生成导电性很好的银,因此内电阻反而有所减小。

放电电压

放电过程的第一阶段,一方面电动势要减小,一方面内压降随内电阻的加大而增大,因此端电压下降较快,如图2中AB段。第二阶段电动势继续下降,但比较缓慢,而内压降则随内电阻的减小而减小,因此端电压保持不变,如图2中BC段。到C点以后,剩下的活性物质已经很少,若过量放电,端电压将迅速降低到D点或0伏,单体电池的终了电压一般取1.3-1.1 V。

由于放电的第二阶段有银与过氧化银结合,生成氧化银后参与放电反应,所以这个阶段持续的时问一般都大于放电总时间的70%,成为放电的主要阶段

银锌蓄电池放电特性

3.银锌蓄电池用途

对于数码设备来说,在不考虑成本的情况下,银锌蓄电池将会使最佳的选择。为了实现银锌蓄电池低价化的目标,一家叫做Zinc Matrix的公司自1999年开始就在风险投资的助力下开发低成本长寿命的银锌充电电池。经过了几年的努力,在2006年Intel信息技术峰会上,Zinc Martix展出了它们首个民用银锌充电电池原型。初次展出的该款电池只有1.6V电压,但电池容量可以达到10AH。在随后的两年间,Zinc Martix改名为ZPower,继续从事银锌电池的改良设计。2008年5月ZPower公司宣布旗下的银锌充电电池在同等体积下能获得超过锂电池30%~40%的电容量,并且较后者更安全耐用。

银锌蓄电池用途

4.银锌蓄电池发展历程

这种电池是由一系列圆形锌片和银片相互交迭而成的装置,在每一对银片和锌片之间,用一种在盐水或其他导电溶液中浸过的纸板隔开。银片和锌片是两种不同的金属,盐水或其他导电溶液作为电解液,它们构成了电流回路。这是一种比较原始的电池,是由很多银锌电池连接而成的电池组。

经过了200多年的更迭,银锌蓄电池至今仍然出现在我们的手表、计算器等低耗电设备中。既然银锌蓄电池有那么久远的历史,为什么至今才被当作锂电池最有希望的接班人推出?其实自问世以来,民用的银锌电池就只能提供较低的电压和电流,电池容量也相当小。普通的锌银电池的正极是氧化汞加石墨,或者是氧化银加石墨,负极材料是金属锌,电解质是强碱氢氧化钾。普通银锌电池性能稳定,不可充电,占据了纽扣电池市场的半壁江山。在上世纪七十年代,人们才开发出了银锌蓄电池。银锌蓄电池正极采用Ag2O2 + 2H2O + 4e→2Ag + 4OH-,负极采用2Zn + 4OH- →2Zn(OH)2 + 4e,可以拥有极高的电容量和稳定的电池性能。大容量银锌蓄电池价格惊人,在当今的航天飞机、导弹、鱼雷等尖端领域才能找到大容量银锌蓄电池的身影。

银锌蓄电池发展历程

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