海水电池

第一章 镁阳极材料概述

1．1 镁及镁合金简介

1．1．1 镁合金的特点

1．1．2 镁合金应用

1．2 海水电池用镁阳极材料

1．2．1 海水电池的发展概况

1．2．2 海水电池的结构与特性

1．2．3 海水电池的应用

1．2．4 海水电池存在的问题与发展方向

1．2．5 海水电池用镁阳极的特征

1．3 金属半燃料电池用镁阳极材料

1．3．1 金属半燃料电池发展概况

1．3．2 金属半燃料电池的结构和特性

1．3．3 金属半燃料电池的应用

1．3．4 金属半燃料电池存在的问题与发展方向

1．3．5 金属半燃料电池用镁阳极的特征

1．4 金属-空气（燃料）电池用镁阳极材料

1．4．1 金属-空气（燃料）电池的发展概况

1．4．2 金属-空气（燃料）电池的结构和特性

1．4．3 金属-空气（燃料）电池的应用

1．4．4 金属-空气（燃料）电池存在的问题与发展方向

1．4．5 金属-空气（燃料）电池用镁阳极的特征

1．5 牺牲阳极用镁阳极材料

1．5．1 牺牲阳极的发展概况

1．5．2 牺牲阳极的基本原理

1．5．3 牺牲阳极的应用

1．5．4 牺牲阳极用镁阳极的特征

参考文献

第二章 镁阳极合金化

2．1 镁阳极合金相图

2．1．1 Mg-Al二元相图

2．1．2 Mg-Bi二元相图

2．1．3 Mg-Fe二元相图

2．1．4 Mg-Ga二元相图

2．1．5 Mg-Hg二元相图

2．1．6 Mg-Li二元相图

2．1．7 Mg-Mn二元相图

2．1．8 Mg-Pb二元相图

2．1．9 Mg-Sn二元相图

2．1．10 Mg-Tl二元相图

2．1．11 Mg-Zn二元相图

2．1．12 Mg-Hg-Ga三元相图

2．1．13 Mg-Hg-Ga三元系等温截面

2．1．14 Mg-Al-Pb三元相图

2．1．15 四相平衡双饱和线及室温溶解度投影

2．1．16 富Mg角300℃等温截面

2．1．17 Mg-Al-Zn三元相图

2．1．18 Mg-Al-Zn 320℃等温截面

2．1．19 Mg-A1-Tl三元系等温截面

2．1．20 Mg-Ga-Al三元系等温截面

2．1．21 Mg-Ga-Sb三元系等温截面

2．1．22 Mg-Ga-Sn三元系等温截面

2．1．23 Mg-Ga-Pb三元系等温截面

2．1．24 Mg-Pb-Tl三元系等温截面

2．1．25 Mg-Pb-Sn三元系等温截面

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三元系等温截面

2．1．30 Mg-In-Tl三元系等温截面

……

第三章 镁阳极的制备

第四章 镁阳极腐蚀电化学

第五章 环境对镁阳极性能的影响

第六章 铝阳极材料概述

第七章 铝阳极的合金化

第八章 铝阳极的制备

第九章 铝阳极腐蚀电化学

第十章 环境对铝阳极性能的影响

镁海水燃料电池小功率镁海水电池

这种电池以镁为阳极 ，炭材为阴极 ，海水作电解质 ，海水中溶解的氧气为氧化剂 ，一般为开放式结构该类镁海水电池的电化学反应 如右图 ：

与自腐蚀相共轭的是镁阳极表面的析氢过程 ，即自放电过程 ，是影响其有效使用的主要因素。电极理想的过程控制应该是尽量控制自腐蚀过程 ，增加镁 阳极的有效放电效率。由于电解质和氧气直接取自海水，唯一消耗的是镁 ，因而具有很高的比能量，且结构简单 、造价低廉、安全可靠 、干存储时间无限长。由于受海水中溶解氧气浓度限制 (约 0．3moL／m ，对应 电量 28A ·h／m )，输出功率较小 ，适用于长期在海下工作的小功率电子仪器，如水下通讯设备、海下导航仪 、航标灯等。以镁合金 AZ61为燃料制备了海水溶解氧电池 ：阳极镁合金尺寸为 618．4cm×110．0cm，阴极为碳纤维 ，绑束在铁丝上形成试管刷式结构 ，管刷直径 9cm，l4个碳纤维刷式阴极被焊接到 4,80em 的铁圈上 ，铁圈被固定在 1个 1m×1m×1m 的铁框架内，而镁合金则固定在铁框架中心 ；此电池的初始电压为 1．2V(2w 负载)，20h后增加并稳定在 1.6V，总输出功率 已达 55kW ·h。2008年 ，日本开发了深海地震探测仪 ：电池 的阳极为 4,0．184m×2．200m的镁合金棒 ，阴极为碳纤维和铁集流体 ；使用4组SWB1200海水电池连续对 5577m深海地床供电，5年运行结果表明，电池组的平均输出功率为13W，能量密度能够达到 318W ·h／kg，大大高于碱锰电池的 150W ·h／kg。法国和挪威合作研制的名叫“CLIPPER”的 自动水下航行器 (AUV)所用的电源也是该类海水电池 ，预计可在 2m／s航 速下行驶1600海里。可见 ，其具有巨大的应用前景。以氧化处理的碳纤维刷作阴极材料 ，镁合金作阳极材料制作3台样机作连续实海放电测试 ，运行2个月表明，与商品化的海水电池 SWB1200初步相比，该海水超级电容溶解氧电池具有更高的体积比功率密度 。

镁海水燃料电池半燃料镁海水电池

该类电池主要以 Mg／H₂O₂半燃料海水电池为主。与铝电极相比，采用镁电极可不添加 NaOH等碱性电解质 ，能较大幅度提高比能量 。但能承载的电流密度较 Al／H₂O₂ 低 ，一般在 50mA／c㎡ 以下。

中性(碱性 )Mg／H2O2 半燃料电池一般可 表示为(一)MglNaCl(NaOH)lH₂O₂( )，其电极反应 ：

美国海军水下作战中心 (NUWC)为无人水下航行器 (UUV)设计的 Mg／H₂O₂电池 阳极为 AZ61镁合金 ，阴极为碳载 Pd—Ir催化 ，阴极和 阳极之间用甘油处理过 的 Nafion 115隔离 ，采用双极性堆式结构 ，电极面积 1000cm ，通过延长导流板流道来减小漏电电流 ，研制初期这种电池存在的问题是生成的Mg(OH)₂和MgCO₃沉淀覆盖电极表面，向电解液中加入 0．1moVL硫酸后 ，25mA／cm放电时 ，电压 由 1．1～1．2V(50℃)提升至 1．3～1．5V-6；优化工艺参数后 ，电压达到 1．7V ，25℃时 H202的利用率达到 86％，电池本体比能量达 500—520W ·h／kg。

镁海水燃料电池大功率镁海水电池

一： Mg／CuCI

Mg／CuCl系列海水电池负极 为镁合金 ，正极为氯化亚铜 ，电池采用双极性结构 。电极反应原理如下 ：

为增加负极的负电位 ，使反应产物易于脱落 ，美国在镁合金中添加了 Pb和 Ti；而俄罗斯 由于缺 Pb及 Ti，将Mg3Hg加人其 中并获得了成功。该 Mg／CuCl系列海水电池于20世纪80年代末期就用作鱼雷动力电池，其比能量可达 150W ·h／kg，价格为同容量银锌电池的 1／3。

二：Mg／AgCl

Mg／AgCl海水电池也是目前鱼雷中应用比较广泛的一种一次 电池，其负极是镁合金 ，正极是氯化银 ，采用双极性结构。电极反应原理如下 ：

海水是镁阳极很好的活化溶液 ，其在海水中能长期保持活性 ；同时由于镁的极化较大 ，对电极反应的热效应也较大 ，保证了该电池具有 良好 的低温性能 ，无需辅助加热装置就可适应 一6O℃低温 ，以溶解度很低 的AgCl作正极。Ag／AgCl电极电位非常稳定 ，能作为中性溶液中的参比电极 ，其放电后转化为导电性良好 的Ag，电池内阻很小 ，适用于大电流密度下工作 。因此 ，该 电池系统放 电电压平稳 ，比能量可高达 88W ·h／kg左右 ，耐高温 、低温性 能均 良好 ，可进行大电流放 电。这种电池靠海水激活 ，平时处于干态保存 ，搁置时间可长达5年，但这一体 系需要消耗贵金属 Ag，造价高 ，其总功率有待提高。