甚么是锌水蒸气电池组？有甚么样优劣？
锌水蒸气电池组由合金锌阴极、A43EI235E和水蒸气阴极共同组成，与氢氟酸PCB在一起。圣克雷潘由合金锌阴极和水蒸气阴极之间的水解还原成化学反应产生的。 电池组的相同部分应满足用户相同的要求。决定电池组耗电量的锌阴极应具备secretion和高效率电池耗电量，并维持余次电池/振动循环式的耗电量。A43EI235E应具备较低的电子零件电阻率和较低的阳离子电阻率。氢氟酸应付锌阴极具备适度的特异性，并具备较好的延展性以及与水蒸气阴极充份碰触。 锌水蒸气电池组理论比能量密度为 1084 Wh kg-1，虽然高于锂水蒸气电池组（5200 Wh kg−1），但仍具备非常大的发展潜力，是当前动力电池电池组的三倍。 锌水蒸气电池组起初是在 1878 年提出的，截叶作为水蒸气阴极。 一两年后，在当时称之为 Walker-Wilkins 的电池组中报导了一种由胶质纯碱和镍集液体共同组成的真正的液体蔓延阴极。 自 1930 二十世纪以来，一次锌水蒸气电池组被商品化，并在 1970 二十世纪进一步应用领域于电子零件仪器。 现在，它的应用领域已经扩展到海啸遥感、控制软件、导航系统探头、远距通讯，甚至电动车和电力。 然而，混和动力/电动车和可供使用控制器通常需要INS13ZD电池组而不是HgCl组。 INS13ZD锌水蒸气电池组的发展仍然受到锌的不光滑堆积，特别是水蒸气阴极上较慢的析水解学反应（OER）和氧还原成化学反应（ORR）的妨碍。 1975年至2000初年，紧紧围绕锌水蒸气电池组的科学研究类型多样，但重大进展较慢和动力电池电池组的出现在20十七世纪弱化了科学研究人员的热忱。 而在前段时间一两年，许多改良和非常大的能源消耗重新引起了对INS13ZD锌水蒸气电池组的很大浓厚兴趣。 EOS Energy Storage、Fluidic Energy、ZincNyx Energy Solutions等数家公司也重新加入了考察，并作出了很多出众的工作。 尽管如此，作为能量转换和存储技术的有希望的替代品之一，INS13ZD锌水蒸气电池组仍处于早期阶段。 因此，在用于消费电池组的柔性和可穿戴电子零件设备和用于控制器的INS13ZD电池组中，针对具备出众电化学性能的锌水蒸气电池组的广泛科学研究正在增长。 在过去的十年中，科学研究人员通过优化阴极结构、应用领域添加剂、探索替代电解质、设计氧催化剂以及整合锌阳离子化学反应等方面取得了长足的进步并取得了令人振奋的突破，推动了锌水蒸气电池组的高速发展。 目前，有几家公司已经开始部署用于公用事业规模储能的锌水蒸气电池组，其中包括 NantEnergy。 该公司在 2019 年以每千瓦时 100 美元的制造成本在 9 个国家安装了 3000 个系统。INS13ZD锌水蒸气电池组被认为是用于电力规模应用领域的最经济可行的电池组解决方案之一。 然而，它们的实际采用仍处于早期阶段且受到限制。而且，目前在实际条件下可实现的电池组寿命仅为150次左右，往返能效通常高于60%，与电动车的实际运行要求相去甚远。 影响电池组性能的最关键障碍之一是碱性电解质中由水引起的副化学反应引起的锌阴极劣化。 尽管碱性电解质具备高电阻率、低成本和快速的电化学动力学，但它也为锌阴极提供了侵蚀性的化学环境。 图 3 说明了典型的碱性INS13ZD锌水蒸气电池组的工作原理。当锌水蒸气电池组振动时，锌酸根阳离子在碱性氢氟酸中通过锌水解化学反应生成。其中，羟基离通过氧还原成化学反应 (ORR) 生成，如在等式（1）（2a）中描述。 当锌酸根阳离子堆积超过饱和极限时，它会进一步分解成不溶性 ZnO 并堆积在阴极表面（方程式（2b））。 然而，经过多次循环式后，ZnO的钝化层会变得越来越致密，逐渐提高内阻，降低阴极的延展性。最终，表面钝化可以完全阻止阳离子进入，从而对锌的利用率和可逆性产生不利影响。 在电化学再电池时，ZnO 将被还原成为 Zn，并且在阴极将发生析水解学反应（OER）（方程式（3）的逆向化学反应）。 然而，由于电流密度的不光滑分布，锌的堆积往往是不光滑的，这会使阴极的某些区域致密并导致显着的形状变化。 然后，在凸起的表面异质性上积累的锌会产生尖锐的针状突起，也称为枝晶。 锌枝晶可能会从阴极断裂并降低电池组耗电量，甚至会刺穿A43EI235E并造成短路。 阴极变形和枝晶的形成对电池组的INS13ZD性有不利影响，这吸引了许多科学研究。 在电池组电池过程中，析氢化学反应 (HER) 是另一个限制性能的因素。 如等式（4）所示，HER会与阴极竞争电子零件，并降低电池过程的能量效率。 此外，HER 决定了锌阴极的腐蚀速率，锌阴极在碱性电解质中是热力学不稳定的。在静止状态下，锌水蒸气电池组会发生自振动，导致电池组寿命缩短。 此外，HER主要发生在枝晶所在的高电流密度位置。由于氢气的产生往往会引起氢氟酸对流流动，这将进一步加速阴极降解。 在碱性水溶液中由于钝化、形状变化、枝晶生长和析氢而导致的锌负极失效是目前影响锌水蒸气电池组循环式寿命的最关键因素之一。 由水蒸气阴极和电解质相互作用引起的电流障碍也不容忽视。 由于水在阴极中被消耗，含水电解质会随着时间的推移而蒸发，从而增加锌酸根阳离子的浓度并加速阴极降解。 或者更糟糕的是，氢氟酸最终会变干并结束电池组运行。 此外，由于必须润湿阴极的催化剂层以促进 ORR，因此通常观察到水蒸气会积聚并蔓延出水蒸气阴极，从而导致阴极溢流。这不仅会加速电解质的蒸发，还会导致传质问题并提高电池组过电位。 尽管目前在水蒸气阴极中添加了疏水性液体蔓延层以抑制阴极溢流，但阴极的一体化设计更受青睐。 此外，电解质与环境水蒸气中的二水解碳化学反应会产生不溶性碳酸盐，例如碳酸钾，当堆积在水蒸气阴极上时会妨碍氧气的转移，从而降低锌水蒸气电池组的能量效率。 更关键的是，电池组效率受到水蒸气阴极处较慢的水解还原成途径的困扰。 众所周知，等式 (1) 中所示的四电子零件水解学由于强氧键而较慢，导致 ORR/OER 中的高过电势。 目前，科学研究人员正致力于开发双功能氧催化剂以加速水解学反应动力学。 然而，最新的锌水蒸气电池组可实现的振动电压仍高于标准条件下 1.66 V 的理论电压。同时，通常需要 2 V 或更高的电池电压来逆转化学反应。 这反映在许多报导的锌水蒸气电池组的宽振动-电池电压间隙和较差的往返能量效率上。往返能量效率可以通过在给定电流密度下将振动电压除以电池电压来计算，这是电池组回收的有用能量比率的另一个指标。 除了缩小振动-电池电压差距外，还必须提高电池组循环式过程中的能量效率不足，以促进INS13ZD锌水蒸气电池组的实际应用领域。 目前，一方面，锌水蒸气电池组的最新性能仍不及最先进的动力电池电池组；另一方面，能源和电子零件行业对安全、价格合理且高性能的INS13ZD电池组技术的需求正在激增。 为了应付这种变化，迫切需要加快INS13ZD锌水蒸气电池组的研发。 参考文献