海水電池電極反應(yīng)

第一章 鎂陽(yáng)極材料概述

1．1 鎂及鎂合金簡(jiǎn)介

1．1．1 鎂合金的特點(diǎn)

1．1．2 鎂合金應(yīng)用

1．2 海水電池用鎂陽(yáng)極材料

1．2．1 海水電池的發(fā)展概況

1．2．2 海水電池的結(jié)構(gòu)與特性

1．2．3 海水電池的應(yīng)用

1．2．4 海水電池存在的問題與發(fā)展方向

1．2．5 海水電池用鎂陽(yáng)極的特征

1．3 金屬半燃料電池用鎂陽(yáng)極材料

1．3．1 金屬半燃料電池發(fā)展概況

1．3．2 金屬半燃料電池的結(jié)構(gòu)和特性

1．3．3 金屬半燃料電池的應(yīng)用

1．3．4 金屬半燃料電池存在的問題與發(fā)展方向

1．3．5 金屬半燃料電池用鎂陽(yáng)極的特征

1．4 金屬-空氣（燃料）電池用鎂陽(yáng)極材料

1．4．1 金屬-空氣（燃料）電池的發(fā)展概況

1．4．2 金屬-空氣（燃料）電池的結(jié)構(gòu)和特性

1．4．3 金屬-空氣（燃料）電池的應(yīng)用

1．4．4 金屬-空氣（燃料）電池存在的問題與發(fā)展方向

1．4．5 金屬-空氣（燃料）電池用鎂陽(yáng)極的特征

1．5 犧牲陽(yáng)極用鎂陽(yáng)極材料

1．5．1 犧牲陽(yáng)極的發(fā)展概況

1．5．2 犧牲陽(yáng)極的基本原理

1．5．3 犧牲陽(yáng)極的應(yīng)用

1．5．4 犧牲陽(yáng)極用鎂陽(yáng)極的特征

參考文獻(xiàn)

第二章 鎂陽(yáng)極合金化

2．1 鎂陽(yáng)極合金相圖

2．1．1 Mg-Al二元相圖

2．1．2 Mg-Bi二元相圖

2．1．3 Mg-Fe二元相圖

2．1．4 Mg-Ga二元相圖

2．1．5 Mg-Hg二元相圖

2．1．6 Mg-Li二元相圖

2．1．7 Mg-Mn二元相圖

2．1．8 Mg-Pb二元相圖

2．1．9 Mg-Sn二元相圖

2．1．10 Mg-Tl二元相圖

2．1．11 Mg-Zn二元相圖

2．1．12 Mg-Hg-Ga三元相圖

2．1．13 Mg-Hg-Ga三元系等溫截面

2．1．14 Mg-Al-Pb三元相圖

2．1．15 四相平衡雙飽和線及室溫溶解度投影

2．1．16 富Mg角300℃等溫截面

2．1．17 Mg-Al-Zn三元相圖

2．1．18 Mg-Al-Zn 320℃等溫截面

2．1．19 Mg-A1-Tl三元系等溫截面

2．1．20 Mg-Ga-Al三元系等溫截面

2．1．21 Mg-Ga-Sb三元系等溫截面

2．1．22 Mg-Ga-Sn三元系等溫截面

2．1．23 Mg-Ga-Pb三元系等溫截面

2．1．24 Mg-Pb-Tl三元系等溫截面

2．1．25 Mg-Pb-Sn三元系等溫截面

2．1．26 Mg-Pb-Sn垂直截面

2．1．27 Mg-Pb-Sb三元系液相面

2．1．28 Mg-Sb-Pb截面

2．1．29 Mg-Al-Tl三元系等溫截面

2．1．30 Mg-In-Tl三元系等溫截面

……

第三章 鎂陽(yáng)極的制備

第四章 鎂陽(yáng)極腐蝕電化學(xué)

第五章 環(huán)境對(duì)鎂陽(yáng)極性能的影響

第六章 鋁陽(yáng)極材料概述

第七章 鋁陽(yáng)極的合金化

第八章 鋁陽(yáng)極的制備

第九章 鋁陽(yáng)極腐蝕電化學(xué)

第十章 環(huán)境對(duì)鋁陽(yáng)極性能的影響

鎂海水燃料電池小功率鎂海水電池

這種電池以鎂為陽(yáng)極 ，炭材為陰極 ，海水作電解質(zhì) ，海水中溶解的氧氣為氧化劑 ，一般為開放式結(jié)構(gòu)該類鎂海水電池的電化學(xué)反應(yīng) 如右圖 ：

與自腐蝕相共軛的是鎂陽(yáng)極表面的析氫過程 ，即自放電過程 ，是影響其有效使用的主要因素。電極理想的過程控制應(yīng)該是盡量控制自腐蝕過程 ，增加鎂 陽(yáng)極的有效放電效率。由于電解質(zhì)和氧氣直接取自海水，唯一消耗的是鎂 ，因而具有很高的比能量，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、造價(jià)低廉、安全可靠 、干存儲(chǔ)時(shí)間無限長(zhǎng)。由于受海水中溶解氧氣濃度限制 (約 0．3moL／m ，對(duì)應(yīng) 電量 28A ·h／m )，輸出功率較小 ，適用于長(zhǎng)期在海下工作的小功率電子儀器，如水下通訊設(shè)備、海下導(dǎo)航儀 、航標(biāo)燈等。以鎂合金 AZ61為燃料制備了海水溶解氧電池 ：陽(yáng)極鎂合金尺寸為 618．4cm×110．0cm，陰極為碳纖維 ，綁束在鐵絲上形成試管刷式結(jié)構(gòu) ，管刷直徑 9cm，l4個(gè)碳纖維刷式陰極被焊接到 4,80em 的鐵圈上 ，鐵圈被固定在 1個(gè) 1m×1m×1m 的鐵框架內(nèi)，而鎂合金則固定在鐵框架中心 ；此電池的初始電壓為 1．2V(2w 負(fù)載)，20h后增加并穩(wěn)定在 1.6V，總輸出功率 已達(dá) 55kW ·h。2008年 ，日本開發(fā)了深海地震探測(cè)儀 ：電池 的陽(yáng)極為 4,0．184m×2．200m的鎂合金棒 ，陰極為碳纖維和鐵集流體 ；使用4組SWB1200海水電池連續(xù)對(duì) 5577m深海地床供電，5年運(yùn)行結(jié)果表明，電池組的平均輸出功率為13W，能量密度能夠達(dá)到 318W ·h／kg，大大高于堿錳電池的 150W ·h／kg。法國(guó)和挪威合作研制的名叫“CLIPPER”的 自動(dòng)水下航行器 (AUV)所用的電源也是該類海水電池 ，預(yù)計(jì)可在 2m／s航 速下行駛1600海里?？梢?，其具有巨大的應(yīng)用前景。以氧化處理的碳纖維刷作陰極材料 ，鎂合金作陽(yáng)極材料制作3臺(tái)樣機(jī)作連續(xù)實(shí)海放電測(cè)試 ，運(yùn)行2個(gè)月表明，與商品化的海水電池 SWB1200初步相比，該海水超級(jí)電容溶解氧電池具有更高的體積比功率密度 。

鎂海水燃料電池半燃料鎂海水電池

該類電池主要以 Mg／H₂O₂半燃料海水電池為主。與鋁電極相比，采用鎂電極可不添加 NaOH等堿性電解質(zhì) ，能較大幅度提高比能量 。但能承載的電流密度較 Al／H₂O₂ 低 ，一般在 50mA／c㎡ 以下。

中性(堿性 )Mg／H2O2 半燃料電池一般可 表示為(一)MglNaCl(NaOH)lH₂O₂( )，其電極反應(yīng) ：

美國(guó)海軍水下作戰(zhàn)中心 (NUWC)為無人水下航行器 (UUV)設(shè)計(jì)的 Mg／H₂O₂電池 陽(yáng)極為 AZ61鎂合金 ，陰極為碳載 Pd—Ir催化 ，陰極和 陽(yáng)極之間用甘油處理過 的 Nafion 115隔離 ，采用雙極性堆式結(jié)構(gòu) ，電極面積 1000cm ，通過延長(zhǎng)導(dǎo)流板流道來減小漏電電流 ，研制初期這種電池存在的問題是生成的Mg(OH)₂和MgCO₃沉淀覆蓋電極表面，向電解液中加入 0．1moVL硫酸后 ，25mA／cm放電時(shí) ，電壓 由 1．1～1．2V(50℃)提升至 1．3～1．5V-6；優(yōu)化工藝參數(shù)后 ，電壓達(dá)到 1．7V ，25℃時(shí) H202的利用率達(dá)到 86％，電池本體比能量達(dá) 500—520W ·h／kg。

鎂海水燃料電池大功率鎂海水電池

一： Mg／CuCI

Mg／CuCl系列海水電池負(fù)極 為鎂合金 ，正極為氯化亞銅 ，電池采用雙極性結(jié)構(gòu) 。電極反應(yīng)原理如下 ：

為增加負(fù)極的負(fù)電位 ，使反應(yīng)產(chǎn)物易于脫落 ，美國(guó)在鎂合金中添加了 Pb和 Ti；而俄羅斯 由于缺 Pb及 Ti，將Mg3Hg加人其 中并獲得了成功。該 Mg／CuCl系列海水電池于20世紀(jì)80年代末期就用作魚雷動(dòng)力電池，其比能量可達(dá) 150W ·h／kg，價(jià)格為同容量銀鋅電池的 1／3。

二：Mg／AgCl

Mg／AgCl海水電池也是目前魚雷中應(yīng)用比較廣泛的一種一次 電池，其負(fù)極是鎂合金 ，正極是氯化銀 ，采用雙極性結(jié)構(gòu)。電極反應(yīng)原理如下 ：

海水是鎂陽(yáng)極很好的活化溶液 ，其在海水中能長(zhǎng)期保持活性 ；同時(shí)由于鎂的極化較大 ，對(duì)電極反應(yīng)的熱效應(yīng)也較大 ，保證了該電池具有 良好 的低溫性能 ，無需輔助加熱裝置就可適應(yīng) 一6O℃低溫 ，以溶解度很低 的AgCl作正極。Ag／AgCl電極電位非常穩(wěn)定 ，能作為中性溶液中的參比電極 ，其放電后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電性良好 的Ag，電池內(nèi)阻很小 ，適用于大電流密度下工作 。因此 ，該 電池系統(tǒng)放 電電壓平穩(wěn) ，比能量可高達(dá) 88W ·h／kg左右 ，耐高溫 、低溫性 能均 良好 ，可進(jìn)行大電流放 電。這種電池靠海水激活 ，平時(shí)處于干態(tài)保存 ，擱置時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)5年，但這一體 系需要消耗貴金屬 Ag，造價(jià)高 ，其總功率有待提高。