鎂空氣電池研究進展

1、鎂空氣電池材料研究進展鎂空氣電池材料研究進展目錄目錄 / contents1鎂空氣電池簡介23鎂空氣電池的發(fā)展方向鎂空氣電池的研究及應用現(xiàn)狀 Part 1 鎂空氣電池簡介鎂空氣電池簡介 表一 幾種電池的電壓和能量密度對比Table1 Volatge and energe density comparison of selected batteries 金屬空氣電池金屬空氣電池 金屬空氣電池是一類特殊的燃料電池，它是以金屬為燃料，與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應產(chǎn)生電能。具有能量密度高、安全、污染小等特點。主要包括鋰空氣電池、鎂空氣電池、鋁空氣電池、鋅空氣電池等。鎂空氣電池工作原理鎂空氣電池工作原

2、理水體系： 陽極： Mg-2e- =Mg2+ 陰極： O2+2H2O+4e- =4OH- 總反應： 2Mg+H2O+O2=2Mg(OH)2非水體系： 陽極： Mg-2e- =Mg2+ 陰極 ： O2+2e- =O22- 或O2+4e-=2O2- 總反應： Mg+O2=MgO2 或2Mg+O2=2MgO 圖一 鎂空氣電池的典型結(jié)構(gòu)和工作原理Fig.1 Typical structure and working principle of Mg-air battery鎂空氣電池的優(yōu)點鎂空氣電池的優(yōu)點u儲量豐富、價格便宜 u清潔、安全u壓降小、放電電壓穩(wěn)定u理論電壓和能量密度高 Part 2 Part

3、 2 鎂空氣電池研究及應用現(xiàn)狀鎂空氣電池研究及應用現(xiàn)狀一、鎂陽極一、鎂陽極鎂合金化 將鎂與其它金屬如Al，Mn，Zn等形成合金，減少鎂陽極的腐蝕，提升電池的性能提升鎂自身的性能 純度 高純度鎂（99.99%）作為陽極可以比某 些合金的腐蝕率更低 形態(tài) 微/納米結(jié)構(gòu) 增大比表面積，加速反應加速Mg(OH)2沉淀 表二 鎂陽極的分類Table2 Types of Mg anode for Mg-air batteries二、電解液二、電解液v鎂空氣電池的高極化和低庫倫效率不僅與電極有關也與電解液密切相關，因此選擇一種合適的電解液也是至關重要的。v關于電解液的研究主要有以下幾個方面：電解質(zhì)溶液的PH

4、，溶液中陰離子的種類，溶液濃度等。三、空氣電極三、空氣電極l鎂空氣電池的性能與空 氣電極密切相關。典型 的空氣電極有四層組成：疏水 層，氣體擴散層，催化層和電流收集層。l現(xiàn)在關于空氣電極的研究主要圍繞氣體的有效擴散以及合適的高效催化劑等。 中性水溶液中可能的氧還原路徑為： O2+2H2O+4e-=4OH- O2+H2O+2e-=HO2-+OH- HO2-+H2O+2e-=3OH- 2HO2-=2OH-+O2 副反應的發(fā)生減緩了氧還原過程，因此需要有一種高效的催化劑，提高反應活性，加快反應速度。 類型 催化劑 性能貴金屬 Pt,Pt-alloys, 催化活性高，過電壓低 Pd,Cu,Ag 4e-

5、反應過程 碳基材料 nanotubes, graphene 催化活性接近Pt，穩(wěn)定性 N-doped nanotubes 好，類似4e-反應過程 過渡金屬氧化物 Co3O4/r-GO,MnCoO/r-GO 催化活性與Pt相當， 4e-反應過程，有希望 成為Pt的替代品 含氮金屬復合物 FeTMPP/C,CoTMPP/C 催化活性與Pt/C相當 4e-反應過程 表三 催化劑的種類Table3 Types of cathode catalysts for Mg-air batteries 四、應用現(xiàn)狀四、應用現(xiàn)狀 現(xiàn)在鎂空氣電池的主要應用包括三方面，一是作為備用電源，在緊急情況下使用；二是為一些海

6、下設備提供電能，三是軍事上的應用。v挪威和意大利曾合作開發(fā)出一種鎂空氣燃料電池，用于海上的油田勘探設備，這種電池的能量密度達到650KWh,使用壽命為15年。v 雅安地震發(fā)生后，中科院大連物化所緊急向災區(qū)提供了500多臺大容量、高比容量鎂/空儲備電源。該電源可提供長達一個月的電力供應，可在災區(qū)作為帳篷照明燈、手機充電器等小型設備應急移動電源，為災后救援提供長時間照明、通訊等保障，有效解決大面積電力中斷帶來的影響。Part 3鎂空氣電池的發(fā)展方向 鎂空氣電池性能優(yōu)異，有著廣闊的發(fā)展空間，未來對其研究主要圍繞著以下兩個方面：1.進一步提升鎂合金的性能，提高鎂陽極的使用效率；尋找催化活性強，耐用性強

7、，成本低的催化劑，優(yōu)化空氣電極的結(jié)構(gòu)；研究性能優(yōu)異穩(wěn)定的電解液體系。2.現(xiàn)在的鎂空氣電池基本都是一次電池，關于可充電的鎂空氣電池的還急需發(fā)展。1.Zhang T, Tao Z, Chen J. Magnesiumair batteries: from principle to applicationJ. Mater. Horiz., 2014, 1:Advance Article.2.Zhang L, Hou Z, Ye X, et al. The effect of selected alloying element additions on properties of Mg-based a

8、lloy as bioimplants: A literature reviewJ. Frontiers of Materials Science, 2013, 7(3):227-236.3.Ghali E, Dietzel W, Kainer K. General and Localized Corrosion of Magnesium Alloys: A Critical ReviewJ. Journal of Materials Engineering & Performance, 2013, volume 13(1):7-23(17).4.Du J, Wang Z, Niu Y, et al. Double liquid electrolyte for primary Mg batteriesJ. Journal of Power Sources, 2014, 247(3):840844.5.Saminathan K, Mayilvel Dinesh M, Selvam M, e