碳是锂离子电池中的重要电极材料，得到国内外的广泛研究<13>.从已有的研究结果表明，锂离子在碳材料中具有很好的嵌入、脱嵌性能。我们知道锌离子与锂离子的离子半径很相近，虽然锌的离子半径（0.074nm）<4>与锂的离子半径（0068nm）相比，稍微大些，但它的外层3d电子使之有较大的变形性，尤其Zn2+离子具有较大的离子势，进入晶格内生成产物的晶格能较大，因此许多允许锂离子嵌入、脱嵌的物质，也允许锌离子嵌入、脱嵌。而锌电极具有资源丰富、价格低廉、比能量高、毒性低等优点。因此，本课题组在研究了锌离子在V6O13<5>和V2O5<6，7>中的可逆嵌入、脱嵌的基础上，正在研究锌离子电池。为了研究锌离子在碳材料中的嵌入、脱嵌的表现，我们以纯锌片作负极，碳材料作正极组成水相蓄电池。研究了制备碳材料的原料种类、热解温度和热解碳所特有的缺陷结构等因素对该电池的充放电性能的影响。
热解温度的影响聚氨酯类原料在不同热解温度下所制备的碳材料的充放电性能具有很大差异。 是用不同热解温度的碳材料制成的锌-碳水相蓄电池的充放电实验结果。由表中数据可以看出，由聚氨酯类原料制成的碳材料组装成的水相蓄电池所具有的比容量与由聚氨酯树脂热解的碳材料所制备电池的第1次放电曲线Fig.2The-first-dischargecurveoftheaqueousZn-Csecondarybatterywiththepositiveelectrodemadefrompolyurethaneresin热解温度关系较大。在我们的实验条件下，由热解温度为700的碳材料所组装成的水相蓄电池具有比较大的比容量。根据许多作者关于锂离子电池的研究工作结果，我们认为热解温度的高低实际上是在能否保持树脂有链状结构及其石墨化程度两方面影响电池性能。在700的温度下，热解碳既能使得树脂充分碳化，又能保存树脂原有的链状结构，易于锌离子嵌入或脱嵌，另一方面也避免了由于溶质的共嵌入而导致碳材料的结构崩溃现象的发生。
碳材料成分的影响将聚氨酯类原料在不同的热解温度下所制得的碳材料进行元素分析，由分析所得的结果可以看出，随着热解温度的升高，碳材料中碳的含量不断地升高，而碳材料中氢、氮的含量却随之下降。我们将碳材料中碳元素的含量与电池放电时的比容量作了分析，其关系曲线如所示。由图可知，电池放电时的比容量随着碳材料中碳含量的升高，比容量的变化趋势是先升高，然后降低。其实这主要是由于热解温度作用的结果，不同热解温度下的含碳量的变化反映了树脂的碳化程度和树脂结构的保存程度对于电池性能的影响。
碳含量与电池比容量的关系Fig.3Relationshipbetweenthecarboncontentandthebatterycapacity2.4碳材料中缺陷结构的影响为由热解温度是700的聚氨酯树脂碳材料组装成的锌-碳蓄电池第1次循环放电中的放电曲线，放电的电流强度为1.92mA/g，放电区间为1.40.8V.
为该电池第2次循环放电中的放电曲线，，但其放电的时间却大大地缩短了，这与锂离子电池中的情况相似，它可能是由于用聚氨酯作为原料热解所得的碳材料不仅具有高聚物热解后所特有的结构，还具有一些结构缺陷，即存在缠绕结构<12，13>.在第1次放电过程中，锌离子既嵌入了高聚物热解后所特有的结构中，也嵌入了碳材料的缠绕结构中。而在充电过程中，嵌入到缠绕结构中的那部分锌离子很难再脱嵌出来，Sleigh等<14>从能量角度考虑，认为离子嵌入到具有缠绕结构的碳材料中时，有可能掉入到结构缺陷所形成的能量势阱中，而迁出时必须跳出势阱，这就需要有很大的能量，从而使其很难再从碳材料的缠绕结构中迁出，因而导致第2次放电时间减少，即电池容量降低了。不过其后循环放电却保持了一定的稳定性，这说明锌离子在碳材料中的缠绕结构以外的其他部分的嵌入与脱嵌是可逆进行的。
锌-碳蓄电池的第1次放电曲线Fig.4The-first-dischargecurveofZn-Csecondarybattery2.5正极反应的机理由和锌-碳水相蓄电池循环充放电中的放电曲线可以得知，该电池的放电曲线没有出现平台，说明在这放电区间内，正极中活性物质没有生成固定组成的物质，从而表明其正极在放电过程中发生的反应为锌离子在碳材料中的嵌入过程。