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    电动清扫车锌空气电池工作原理和优点有哪些

      发表时间:2018-11-20 17:51  点击次数:

    电动清扫车空气电池是以空气中的氧气作为正极活性物质,以常用金属为负 极活性物质的一类电池。它的电解质常用碱性氨氧化钾(KOH )溶 液。因为做负极的金属材料可选性很多,所以空气电池的种类也较多。 一般以所选负极材料的金属名为电池的第一个字,后加空气电池即为 电池名。常见的有锌(Zn )做负极的锌空气电池,以铝(AI)为负极 材料的铝空气电池,或者以锂(Li)作负极材料的锂空气电池。
     
    电动清扫车锌空气电池的发明已经有上百年的历史,199@以色列电燃料 (Electric Fuel)有限公司首次将锌空气电池用于电动汽车(EV) 上,使得空气电池进入了实用化阶段。美国Dreisback Electromotive 公司以及德国、法国、瑞典、荷兰、芬兰、西班牙和南非等多个国家 也都在EV上积极地推广应用锌空气电池。
    1.电动清扫车锌空气电池的工作原理
    锌空气电池以氧为正极、锌(Zn )为负极、氨氧化钾(KOH ) 为电解质,如图2-11所示。
    锌空气电池的化学反应与昔通碱性电池类似,其基本工作原理为 电池负极上的锌与电解液中的〇H-发生电化学反应(负极反应),释 放出电子。同时反应层中的催化剂与电解液及经由扩散作用进入电池 的空气中的氧气相接触,吸收电子,发生电化学反应(正极反应)。
    锌空气电池充电过程进行得十分缓慢,通常锌空气电池负极的锌 板或锌粒,在放电过程中被氧化成氧化锌而失效后,一般釆用直接更 换锌板或锌粒和电解质的办法,使锌空气电池完全更新。
    2.电动清扫车锌空气电池的构造
    在单体电池中以锌为正极,氧为负极,釆用外氧式设计,在锌空 气电池两侧有两块高功率、长寿命的空气电极,如图2-12所示。
    成品的锌空气电池由一组单体电池串联而成,车载锌空气动力电 池组还包括空气流通保障系统和电池组热管理系统两个子系统,以确 保动力电池组能够长期、稳定地运转。空气流通保障系统调节进入锌 空气电池负极的空气量,当不使用电池时,可以自动切断空气。热管 理系统保证锌空气电池组能够可靠地工作。用更换锌空气电池中的锌 板或锌粒和电解质的"机械式"充电模式,既方便又快捷,只需 3min即可完成"充电〃全过程。更换下来的氧化锌在专门的工厂进 行回收处理,实现锌的再生循环。
    3.电动清扫车锌空气电池的基本特性
    (1 )充电特性
    锌空气电池的充电模式,打破了昔通蓄电池的常规充电模式,采 用机械^更换电池的锌板或锌粒的"充电"模式,整体更换锌空气电 池的活性物质,将整个锌空气电池进行更换,电池不再需要花很长的 时间来充电,更换一块20kWh的电池块只需要1分40秒。只要在公路 沿线设置锌板或锌粒匣以及电解质器匣的机械式整体更换站,其效果 如同现在内燃机汽车的加油站,直接"充电〃,可以为用户提供很大 的方便。
    (2 )放电特性
    锌空气电池具有大电流持续放电的能力,能够满足汽车快速加速 和连续爬坡的要求。
    (3 )自放电率
    捽空气电池的电化学反应过程中,要与空气中的氧气发生作用, 只要阻隔空气进入锌空气电池即可使锌空气电池的电化学反应无法进 行,从而可以使锌长时期保持其活性。实际使用时捽空气电池的自放 电率很低,接近于零,具有长期保持电能的能力。
    (4 )锌空气电池的特点
    比能量大。锌空气电池的理论比能量可达1350Wh/kg ,目前的锌 空气电池的实际比能量只达到180〜230Wh/kg ,仍然是铅酸电池的 4.35〜5.5{吾。能量密度达230Wh/L,也是铅酸电池的2〜3{咨。采用锌 空气电池后,电动车辆能够明显地提高车辆的续驶里程。
    性能稳定。成组的锌空气电池具有良好的一致性,没有其他类型
    电池的充电和放电的不均匀现象。允许深度放电,电池的容量不受放 电强度的影响。能在-20〜80°C的度范围内正常工作。锌空气电池可 以完全实现密封免维护,便于电池组能量的管理。
    安全性好。锌空气电池能够有效地防止因泄漏、短路弓I起的起火。 锌没有腐蚀作用,可以完全实现密封免维护,对人体不会造成伤害和 危险。
    锌可以回收利用、制造成本低。锌的来源丰富,生产成本较低。 回收再生方便,回收再生成本也较低,可以建立废电池回收再生工厂。 锌在循环使用过程中,不会污染环境。
    电动清扫车锌空气电池的主要问题是对空气湿度和二氧化碳非常敏感。由于 锌空气电池在呼吸空气的过程中,使得空气中的水分和二氧化碳不断 地进出电池,如果空气的相对湿度发生变化,电池的特性也会发生相 应变化。锌空气电池的临界相对湿度(最佳湿度)大约为60% ,实 际值取决于具体的电池设计参数。如果偏离这个临界值,就会缩短电 池寿命并发生电力不足。当湿度低于临界值的60%时,电池会失去 水分;当湿度高于临界值的60%时,电池会因水分过多而出现泄 漏。随空气进入的二氧化碳,将使喊性电解液pH值发生改变,形成 碳酸盐或亚碳酸盐,在电极上形成结晶,使阴极损坏,并堵塞空气的 通路,进而降低电池的使用寿命和供电能力。另外,锌空气电池释放 电流速度缓慢,tbi力率低,对车辆的动力驱动影响较大,因此最好能 与t匕功率较大而比能量较小的一类储能装置,如超级电容或飞轮储能 器配合使用。同时釆用整体更换锌粒的方法,否则如果用通常的充电 方法,锌空气电池的充电时间很长,给使用带来不便。

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