鎂空氣電池研究進(jìn)展-PPT課件

1、鎂空氣電池材料研究進(jìn)展目錄 / contents1鎂空氣電池簡(jiǎn)介23鎂空氣電池的發(fā)展方向鎂空氣電池的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 Part 1 鎂空氣電池簡(jiǎn)介 表一 幾種電池的電壓和能量密度對(duì)比Table1 Volatge and energe density comparison of selected batteries 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(yīng)產(chǎn)生電能。具有能量密度高、安全、污染小等特點(diǎn)。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水體系： 陽(yáng)極： Mg-2e- =Mg2+ 陰極： O2+2H2O+

2、4e- =4OH- 總反應(yīng)： 2Mg+H2O+O2=2Mg(OH)2非水體系： 陽(yáng)極： Mg-2e- =Mg2+ 陰極 ： O2+2e- =O22- 或O2+4e-=2O2- 總反應(yīng)： 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(diǎn)儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜 清潔、安全壓降小、放電電壓穩(wěn)定理論電壓和能量密度高 Part 2 鎂空氣電池研究及應(yīng)用現(xiàn)狀一、鎂陽(yáng)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(yáng)極的腐

3、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(yáng)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(yīng)加速M(fèi)g(OH)2沉淀 表二 鎂陽(yáng)極的分類Table2 Types of Mg anode for Mg-air batteries二、電解液鎂空氣電池的高極化和低庫(kù)倫效率不僅與電極有關(guān)也與電解液密切相關(guān)，因此選擇一種合適的電解液也是至關(guān)重要的。關(guān)于電解液的研究主要有以下幾個(gè)方面：電解質(zhì)溶液的PH，溶液中陰離子的種類，溶液濃度等。三、空氣電極鎂空氣電池的性能與空 氣電極密切相關(guān)。典型 的空氣電極有四層組成：疏水 層，氣體擴(kuò)散層，催化層和電流收集層?，F(xiàn)

4、在關(guān)于空氣電極的研究主要圍繞氣體的有效擴(kuò)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(yīng)的發(fā)生減緩了氧還原過(guò)程，因此需要有一種高效的催化劑，提高反應(yīng)活性，加快反應(yīng)速度。 類型 催化劑 性能貴金屬 Pt,Pt-alloys, 催化活性高，過(guò)電壓低 Pd,Cu,Ag 4e-反應(yīng)過(guò)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(yīng)過(guò)程 過(guò)渡金屬氧化物 Co3O4

5、/r-GO,MnCoO/r-GO 催化活性與Pt相當(dāng)， 4e-反應(yīng)過(guò)程，有希望 成為Pt的替代品 含氮金屬?gòu)?fù)合物 FeTMPP/C,CoTMPP/C 催化活性與Pt/C相當(dāng) 4e-反應(yīng)過(guò)程 表三 催化劑的種類Table3 Types of cathode catalysts for Mg-air batteries 四、應(yīng)用現(xiàn)狀 現(xiàn)在鎂空氣電池的主要應(yīng)用包括三方面，一是作為備用電源，在緊急情況下使用；二是為一些海下設(shè)備提供電能，三是軍事上的應(yīng)用。挪威和意大利曾合作開(kāi)發(fā)出一種鎂空氣燃料電池，用于海上的油田勘探設(shè)備，這種電池的能量密度達(dá)到650KWh,使用壽命為15年。雅安地震發(fā)生后，中科院大連物

6、化所緊急向?yàn)?zāi)區(qū)提供了500多臺(tái)大容量、高比容量鎂/空儲(chǔ)備電源。該電源可提供長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的電力供應(yīng)，可在災(zāi)區(qū)作為帳篷照明燈、手機(jī)充電器等小型設(shè)備應(yīng)急移動(dòng)電源，為災(zāi)后救援提供長(zhǎng)時(shí)間照明、通訊等保障，有效解決大面積電力中斷帶來(lái)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(lái)對(duì)其研究主要圍繞著以下兩個(gè)方面：1.進(jìn)一步提升鎂合金的性能，提高鎂陽(yáng)極的使用效率；尋找催化活性強(qiáng)，耐用性強(qiáng)，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(guān)于可充電的鎂空氣電池的還急需發(fā)展。1.Zhang T, Tao Z, Chen J

7、. 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 alloy as bioimplants: A literature reviewJ. Frontiers of Materials Science, 2013, 7(3):227-236.3

8、.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, et al.