标准电极电位:0.401V (1.8)

总反应:4Zn+2O2+4H2O→4Zn(OH)2 电池电动势:E0=1.65V (1.9)

锌-空气电池的优点在于比能量高,实际比能量约为180~230Wh/kg,是传统铅酸电池的5倍以上。成组的锌空气电池的容量不受放电强度的影响,且适用温度范围宽泛。空气电极使用寿命非常长,只需更换锌负极就可实现电池能量的补给,即可被设计为“机械式再充电”的二次电池[4]。

尽管锌-空气电池具有上述优点,但仍存在一些不足之处制约着其大规模的商业化应用[5]。首先是锌板的自腐蚀问题;第二,铂作为空气电极中电性能最好的电催化剂,资源稀少,价格昂贵,成为限制锌-空气电池发展的重要因素;第三,空气电池是半开放体系,外界湿度过高或过低时会造成空气电极的“淹没”或“干涸”,甚至“爬碱”或“漏液”,以致于破坏电池结构[6]。

对于可再充电锌-空气电池和可再生燃料电池,氧气还原反应(ORR)(放电,燃料电池模式)和氧析出反应(OER)(充电,电解槽模式)都是至关重要的。1.2氧析出反应(OER)

1.2.1OER机理

氧析出反应(OER)是指析出氧气的反应,通常为2H2O→4H++O2+4e-(酸性条件)或4OH-→2H2O+O2+4e-(碱性条件)。经过多年的研究,许多研究者认为氧分子在钙钛矿型催化剂的氧析出反应活性是由催化剂表面对中间体的脱离难易程度所决定的。Bockris等人[7]提出了具体的氧析出反应机理如下:

MZ+OH-→MZ-OH+e- (1.10)MZ-OH+OH-→MZ-H2O2+e- (1.11)H2O2+OH-→HO2-+H2O (1.12)H2O2+HO2-→H2O+OH-+O2 (1.13)

其中MZ为带Z+价的钙钛矿表面的过渡金属离子,(1.11)式为速度控制步骤。

随后,Singh等人[8]考察了La1-xSrxCoO3(0≤x≤0.5)和La0.7Sr0.3Co1-yByO3(B=Cu,Fe,Ni,CrorMn0.05≤y≤0.2)在碱性溶液中的氧析出催化活性。研究表明Sr离子掺杂量的提高增大了催化剂的电化学有效表面积却降低了电子因素,对氧析出电催化活性起反作用。同时又发现了在B位掺杂少量离子可以略微增大了电化学活性反应面积,但其它离子(Cr,Mn,Fe,Cu离子)的掺杂则降低了活性面积。

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