1、鎂空氣電池材料研究進(jìn)展,目錄 / contents,1,鎂空氣電池簡介,2,3,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： 陽極： Mg-2e- =Mg2+ 陰極

2、： O2+2H2O+4e- =4OH- 總反應(yīng)： 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(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),儲量豐富、價格便宜 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、鎂陽極,鎂合金化 將鎂與其它金屬如Al，

3、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(yīng) 加速M(fèi)g(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,鎂空氣電池的高極化和低庫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

4、層組成：疏水 層，氣體擴(kuò)散層，催化層和電流收集層。 現(xiàn)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，過電壓低 Pd,Cu,Ag 4e-反應(yīng)過程 碳基材料 nanotubes, graphene 催化活性接近Pt，穩(wěn)定性 N-doped nanotub

5、es 好，類似4e-反應(yīng)過程 過渡金屬氧化物 Co3O4/r-GO,MnCoO/r-GO 催化活性與Pt相當(dāng)， 4e-反應(yīng)過程，有希望 成為Pt的替代品 含氮金屬復(fù)合物 FeTMPP/C,CoTMPP/C 催化活性與Pt/C相當(dāng) 4e-反應(yīng)過程,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

6、650KWh,使用壽命為15年。,雅安地震發(fā)生后，中科院大連物化所緊急向?yàn)?zāi)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(dá)一個月的電力供應(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)急移動電源，為災(zāi)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(jìn)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(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

7、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 alloy as bioimplants: A literature reviewJ. Frontiers of Ma

8、terials 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, et al.