基于疏水-疏油膜的鎂空氣電池結(jié)構(gòu)設計及電化學性能研究.pdf

1、隨著能源危機及環(huán)境問題的日趨嚴重，尋找安全、清潔、高效的新型能源迫在眉。金屬-空氣電池具有結(jié)構(gòu)簡單、能量密度大、價格低廉等特點，在戶外供電、微小型電子設備、中型運載工具、軍事等方面都有廣闊的應用前景。然而這一類電池卻存在氣體擴散性較差、孔道堵塞嚴重等問題，還有待深入研究。本文通過采用疏水疏油膜取代目前研究的空氣電極中的氣體擴散層，實現(xiàn)氣體擴散層與空氣電極分離，并對鎂空氣電池進行外部封裝，以研究疏水疏油膜的氣體擴散性能和鎂空氣電池的電化學

2、性能，為氣體擴散層和空氣電極的設計提供新思路。
　　我們通過溶膠-凝膠處理棉布和氨水腐蝕銅網(wǎng)，然后用有機物進行表面修飾，制備了具有疏水和疏油性能的疏水、疏油膜，并對膜進行了表征測試。通過SEM表征發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過溶膠-凝膠處理后的棉布及腐蝕后的銅網(wǎng)，其表面都形成了大量的粗糙結(jié)構(gòu)，這有利于提高膜的疏水、疏油性能。通過接觸角測試發(fā)現(xiàn)：棉布對水的接觸角為140°，銅網(wǎng)對油的接觸角為129°，表現(xiàn)出良好的疏水、疏油性。對處理后的棉布及銅網(wǎng)進行長

3、時間測試可知，棉布和銅網(wǎng)長時間使用也不會出現(xiàn)電解液滲漏，依然能保持較好的疏水疏油性能。在同樣的進氣流速下，疏水棉布和疏油銅網(wǎng)的排水量遠大于傳統(tǒng)的氣體擴散層，分別為54 ml、53 ml，而傳統(tǒng)氣體擴散層的排水量為19 ml。
　　將疏水膜用于鎂空氣一次電池中，并對電池進行電化學測試。實驗結(jié)果表明：在該體系中，鎂空氣一次電池能長時間保持較高的開路電壓，約為1.4 V；電池的最大功密度約為40 mWcm-2；1cm×1.5cm×0.0

4、7 cm的鎂片能在該體系中放電5 h左右，與直接通氧氣的電池接近。說明該疏水膜能起到較好的氣體擴散作用，實現(xiàn)了氧氣的擴散。
　　將疏油銅網(wǎng)膜用于鎂空氣二次電池中，研究了其對電池性能的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：較小的透氣面積便能為電池提供足夠的氧氣，使電池能在較大電流下放電；但該膜的氣體選擇性不好，空氣中的水分可通過其進入電池參與反應，生成Mg(OH)2，所以電池測試還需在無水條件下進行；采用該膜組裝的鎂空氣二次電池的放電比容量及放電電壓比用