锌空气电池的应用市场前景分析

锌-空气电池的应用市场前景分析1.电动汽车发展的现状及前景以石油产品为燃料的汽车是最主要的现代交通运输工具，它给人们带来方便和快捷的同时，也带来了无法回避的环境问题。根据上个世纪七八十年代美国、日本对城市空气污染源的调查，城市空气中90%以上的一氧化碳，60%以上的碳氢化合物和30%以上的氮氧化物来自汽车排放出的气体。这些污浊的气体使人类的生存环境受到极大威胁。随着保护环境、节约能源的呼声日益高涨，新一代电动车作为无污染、能源可多样化配置的新型交通工具，引起了人们的普遍关注并得到了极大的发展。电动车具有电力驱动、行驶无排放(或低排放)、噪声低、能量转化效率高等特点。早在20世纪初期，在欧洲和美国的轿车驱动系统上，曾使用过电力驱动系统，当时的电动车以取代了昔日的马车和自行车成为主要交通工具。由于电池等关键技术的困扰，以及燃油车的发展，100年来电动汽车的开发一直受到限制。在美国，已有几个州要求汽车制造上发展和销售零排放汽车(ZEVs)。加利福尼亚航空资源委员会(CARB)和7个主要汽车制造商(克莱斯勒、福特、通用、本田、马自达、尼桑和丰田)在1996年签订协议，要求在这个州销售新的汽车和轻型卡车中必须有2%为零排放，到2003年应有10%为零排放。日本国际贸易与工业厅(MIZI)在东京发起一个大的工程—锂离子电池贮能及技术联合会(LIBES)，发展电动车用二次电池。日本电动车协会于1991年10月制定了2000年电动汽车普及计划，到2000年日本电动汽车达到20万辆，为1991年的200倍。我国也在国家“八五”、“九五”计划中安排了电动车辆的研究开发项目，并提出了国家“清洁车辆行动计划”，开发和使用电力驱动汽车。电动汽车与传统燃油汽车(又称内燃机汽车)相比，有其自身的许多优点。1．无污染，噪声低电动汽车无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气洁净是十分有益的。众所周知，内燃机汽车废气中的CO、HC及NOx、微粒等污染物是形成酸雨、酸雾及光化学烟雾的主要原因。电动汽车无内燃机产生的噪声，电动机的噪声也较内燃机小。噪声对人的听觉、神经、心血管、消化、内分泌、免疫系统也是有危害的。但是，使用电动汽车并非绝对无污染，例如使用铅酸蓄电池做动力源，制造、使用中要接触到铅，充电时产生酸气，会造成一定的污染。蓄电池充电所用的电力，在用煤炭作燃料时会产生CO、SO2、粉尘等。但它的污染较内燃机排放的废气要轻得多。2．能源效率高，多样化电动汽车的研究表明，其能源效率已超过汽油机汽车，特别是在城市运行，汽车走走停停，行驶速度不高等环境下，电动汽车更加适宜。电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，以实现制动减速时能量的再利用。另一方面，电动汽车的应用可有效地减少对石油资源的依赖，可将有限的石油用于更重要的方面。向蓄电池充电的电力可以由煤炭、天然气、水力、核能、太阳能、风力、潮汐等能源转化。除此之外，如果夜间向蓄电池充电，还可以避开用电高峰，有利于电网均衡负荷，减少费用。3．结构简单，使用维修方便电动汽车利用电动机的无极调速特性，可以取代传统汽车的变速器。电动汽车采用轮毂电机驱动，完全取消了传统汽车的机械传动系统。在电动汽车上实现汽车制动能量回收的反馈制动，改变了传统汽车将全部制动能量转化为热能而消耗的状况，并且提高了电动汽车制动的安全性和可靠性。由于电动汽车的能量基本上是通过柔性的电线传输的。因此，电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性，从而可以大幅度地提高车辆的机动性。电动汽车由于结构简单，不需要更换机油、油泵、气化器以及消声装置等等，无需添加冷却水，它的日常维修保养工作少。这些有利条件都促使我们必须加快开发电力驱动汽车。2．锌-空气电池用作电动汽车用动力电池的优势化学电池作为一种能量转换装置已有100多年的历史，先后出现了锌锰干电池、铅酸电池、镍镉/氢电池、锂离子电池、金属空气电池等诸多种类，极大地推动了人类文明发展。各类电池因自身特点不同而占有着不同的市场份额，性能优良的电池不断扩大市场份额，而性能低下的电池种类已经退出或将要退出市场。锌-空气电池亦称锌氧电池，是金属空气电池的一种。锌-空气电池于1993年始于德国，经过几年的努力现已基本成熟，可工业化生产。这种电池具有体积小，电荷容量大，质量小，能在宽广的温度范围内正常工作，且无腐蚀，工作安全可靠等优点，是一种极有前途的电动车用电池。锌-空气电池现在的质量能已达到了230Wh/Kg，几乎是铅酸电池的8倍。根据计算，锌-空气电池质量能的理论值是1350Wh/Kg，可见锌-空气电池的发展空间非常大。相比于其它几类常见的电池，锌-空气电池主要有以下优势：1．能量密度高、比容量大由于锌-空气电池的正极反应物是空气中的氧气，不占用电池的空间，节省下来的空间可以装填更多的电池原材料，因此锌-空气电池的容量和普通的电池相比较要大得多。2．原材料丰富易得、成本低廉电池阴极利用的是空气中的氧气，无需任何费用；负极采用金属锌，锌在地壳中的储量相对丰富，至2009年底，我国锌资源的地质保有储量为1亿吨，而且资源分布相当广泛，几乎遍及全国。锌-空气电池最终生成的反应产物氧化锌也可以通过电解进行回收。承载催化剂的空气电极材料属于一次性投入，并且所有的电池构成材料都可以重复使用。3．性能稳定、放电平稳由于放电过程中电池的正极催化剂稳定，负极的金属锌也比较稳定，所以放电电压变化不大。这一点主要是和锂离子电池比较而言。锂离子电池由于锂原子结构的特殊性，而造成放电时的不稳定性，有时还会发生爆炸的现象，而金属锌相对锂来说要稳定的多，所以锌-空气电池不存在这一问题。4．重量小、体积小、系统结构简单锌-空气电池相当于只有一个电极，所以体积和质量都可以相对的做得很小；同样因为只有一个电极，它可以在有限的空间里尽可能多的储存阳极活性物质，所以锌-空气电池的比容量就能做得相当大。5．安全可靠、绿色环保无论是电池两极活性物质，还是电解液、空气电极，锌-空气电池所有构成材料均清洁无毒、无重金属、无放射性元素；在电池放电后，反应产物是氧化锌和水，都可回收利用，不会给环境和人类生活带来危害。6．“充电”方便与传统铅酸电池、锂离子电池等二次电池不同的是，锌-空气电池阴极活性物质是空气，不用补充，当电量用完时，直接补充锌就可以完成“充电”。机械更换锌阳极，一般只需3-5分钟。这是锌-空气电极区别于其它电池最大的特点。如果在野外、沙漠、海岛等没有其它供电方式的情况下，电池放电完毕后能迅速得到恢复。它的充电不受外界环境的影响，是真正的电池放电和充电完全分离。这种电池一旦得到发展，可以通过超市、汽配商店、电池经营点等购买通用的锌电极，从而实现充电过程。3．锌-空气电池对锌冶炼及锌加工产业的推动作用随着锌-空气电池技术不断改善，其离实际大规模生产应用越来越近。近日，美国纽约EOS储能公司（EOSEnergyStorage）已经开发出一种更加绿色环保的锌-空气电池。国内方面，2011年国内首个锌-空气电动公交车正式下线，据悉此锌-空气电池纯电动城市公交车每充一次电可行驶约300公里，最高时速可达每小时80公里，其运营成本比传统锂离子电池电动汽车低三分之一。此外武汉泓元伟力新能源科技有限公司首个锌-空气电池基地已于2010年10月启动，锌-空气电池产品已进入试生产阶段。公司最快将于2012年进行新能源电池的量产，每年为1万辆纯电动公交车提供动力电池，产值规模可达30亿元，这标志着锌-空气电池进入规模化生产阶段。由国家环保部和工信部联合制定的《铅蓄电池业准入条件》对从事铅酸电池生产、回收处理企业的资质、规模以及资金实力均作了相应的规定，将限制低水平低技术含量项目，提高了行业门槛，目前2000-3000家的废旧电池回收处理企业可能因门槛限制被精简至200-300家，缩水幅度达到90%。因此从技术前景来讲，锌-空气电池后期在新能源汽车市场的角逐中将占据上风，且随着技术日渐成熟，锌-空气电池时代已经来临。从历史数据来看，2006年锌比铅一度高出3000美元/吨以上，但随后受铅锌供求面的强弱转变，铅价格迅速飙升，并超出锌900美元/吨。但从目前情况分析，近期过低的锌价使传统锌冶炼厂开工率大幅走低，部分新增项目被延后，锌产能扩张明显受到抑制。需求上，中国经济整体高位运行及城市化进程将使锌需求前景保持乐观，而锌-空气电池的规模化生产更增加了市场对锌需求空间的无限想象。总之，随着锌-空气电池产业规模化，加之其他含锌电池技术不断革新，原料锌在电池行业的需求占比或将会出现大幅增加。而市场对于原料锌需求量的增加必将推动下游的锌冶炼和锌加工产业进一步发展。