鎂燃料電池的研究進展

1、鎂燃料電池的研究進展2011091908:19:25來源:互聯網關鍵字：鎂燃料電池1引言鎂燃料電池具有比能量高、使用安全方便、原材料來源豐富、成本低、燃料易于貯運、可使用溫度范圍寬(–20℃~80℃)及污染小等特點[1]。作為一種高能化學電源，擁有良好的應用前景，因此很多研究學者與單位對其進行了研究。早在20世紀60年代，美國GE公司就對中性鹽鎂燃料電池進行了研究[2]。隨后美國海軍海底戰(zhàn)事中心(NavalUnderseaWarfare

2、Center)與麻省理工大學(UniversityofMassachusettsDartmouth)以及BAESystems公司共同研制成功了用于自主式潛航器的鎂過氧化氫燃料電池系統[3]。該電池采用海水作電解質，鎂合金作陽極材料，液態(tài)過氧化氫作陰極氧化劑。該電池提供了一個成本較低并且更為安全的高能動力，是低速率、長壽命的自主式潛航器的理想驅動電源。20世紀90年代初，Westinghouse公司研制出了海洋應用的圓柱型海水電解質鎂空氣

3、燃料電池[4]。1996年，挪威與意大利共同開發(fā)了鎂燃料電池，并應用于180m深的海底油井或氣井探測的海洋水下自動控制系統。該海水電池采用商業(yè)鎂合金作陽極，海水作電解質，海水中溶解的氧為氧化劑，陰極用碳纖維制造。這個電池系統能量達到650kWh，系統設計壽命為15年[5]。加拿大GreenvoltPower公司研制的100W和300W級鎂鹽水空氣燃料電池(MASWFC)，能量密度是鉛酸電池的20倍以上，可為電視、照明燈、便攜電腦、手機及

4、GPS等設備供電。加拿大MagpowerSystems公司研制的鹽水電解質鎂空氣燃料電池，能連續(xù)提供300W功率，成功應用于偏遠地區(qū)水凈化系統水泵的供電[6]。Medeiros等研究了MgH2O2半燃料電池，電池的陽極為鎂合金AZ61，導離子膜是Nafion115，陰極為垂自植入到碳紙上的碳纖維擔載的PdIr，陽極電解液為海水，陰極電解液為海水硫酸過氧化氫，單電池在連續(xù)30h的放電期間內，在25mAcm2的電流密度下，電池電壓穩(wěn)定在1.

5、77V~1.8V之間。根據消耗的鎂，過氧化氫和硫酸的質量計算出來電池的比能量達500~520Whkg[7]。然而，鎂燃料電池總體上存在著三大缺陷[168]：(1)容量損失大，(2)負極利用率低，(3)電壓損耗大。其中，容量損失大和負極利用率低主要是由于鎂的自腐蝕引起的，而鎂的負差效應將進一步加劇鎂的自腐蝕，因此，很多學者通過制備鎂合金和運用電解液添加劑兩種途徑來降低鎂的自腐蝕，提高電池容量和負極利用率。而電壓損耗大則受鎂及鎂合金放電產物

6、和正極活性物質的影響，可通過運用電解液添加劑和制備新型催化劑來解決。本文將鎂燃料電池的研究進展分為工作原理、電極的研究和電解液添加劑三部分進行闡述。2鎂燃料電池的工作原理鎂燃料電池(Magnesiumfuelcell，又稱Magnesiumsemifuelcell)主要由鎂合金陽極，中性鹽電解質和空氣(氧氣或其它氧化劑)陰極三部分組成。鎂及鎂合金是非?；顫姷慕饘?，適合用作陽極材料。陰極氧化劑可以利用空氣或者海水中的氧，還有過氧化氫和次氯

7、酸鹽等，根據氧化劑不同，目前研究的燃料電池可分為鎂空氣燃料電池，鎂海水燃料電池，鎂過氧化氫燃料電池，鎂次氯酸鹽燃料電池[1689]。2.1鎂空氣燃料電池鎂空氣燃料電池工作原理示意圖如1所示。鎂海水溶解氧半燃料電池的放電反應機理類似于鎂空氣電池。2.3鎂過氧化氫燃料電池鎂過氧化氫燃料電池是鎂空氣(氧)燃料電池的一個分支，其工作原理示意圖如圖3所示。圖3鎂過氧化氫燃料電池工作示意圖中性鹽電解質鎂過氧化氫燃料電池的放電反應：陽極反應：Mg→M

8、g22e－－2.37V陰極反應：HO2－H2O2e－→3OH－0.88V電池總反應：MgHO2－H2O→Mg23OH－3.25V中性鹽電解質鎂過氧化氫燃料電池的寄生反應：分解反應：2H2O2→2H2OO2↑沉淀反應：Mg22OH－→Mg(OH)2(s)Mg2CO32－→MgCO3(s)析氫反應：Mg2H2O→Mg(OH)2H2↑酸性條件下鎂過氧化氫燃料電池的放電反應機理如下：陽極反應：Mg→Mg22e－－2.37V陰極反應：H2O22H