[发明专利]一种用于海水水下的镁氧电池

说明书

技术领域

本发明涉及镁氧电池，具体地说是一种用于海水水下的镁氧电池。

背景技术

近年来，随着科技的进步，人们对海洋资源的认识有了进一步的提高，海洋工程技术也取得了很大的发展，海洋开发越来越成为许多国家的重要战略计划。海洋遥感技术，海洋导航技术，深海探测技术，以及海洋军事技术等都离不开电源。由于海下实际工况的特殊性和复杂性，目前常规的一次电池和二次电池(如铅酸电池，镍氢电池，银锌电池，锂离子电池等)难以满足新型水下设备对长寿命，高容量，安全可靠电源的需求。

典型的镁-氧气电池包括金属镁或镁合金，氧气阴极，以及填充在阳极和阴极之间的碱金属盐(或其碱)的电解液(如KOH溶液，NaCl溶液等)。电池放电过程中，氧气与电解液中的水在氧气阴极发生还原反应生成阴离子(如OH^-)，阴离子通过电解液迁移到金属阳极，与金属镁发生反应产生电子。例如，当以金属镁作为金属-氧气电池系统的阳极，氯化钠溶液作为电解液时，电池放电过程中，在两个电极上发生的电极反应及电极反应电势如下：

阳极反应：Mg→Mg²⁺+2e^-              E＝-2.37V

阴极反应：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-         E＝0.40V

电池反应：Mg+1/2O₂+H₂O→Mg(OH)₂     E＝2.77V

与传统的一次电池和二次电池相比，首先，镁-氧气电池具有较高的比能量(单位为W·h/L或W·h/kg)，能够提供较高的输出电压(1.5-3V)。其次，金属镁储量丰富、价廉易得，而阴极氧还原催化剂为非贵金属，同时整个电池的结构简单、易于制备，因此使得电池生产的总成本大大降低。再次，镁-氧气电池的另外一个重要特点是其可以采用机械充电方式，即阳极金属镁完全消耗后，换用新的金属镁即可继续供电，充电时间非常短，只需要几分钟即可完成，延长了电池的使用寿命。另外，环保也是镁-氧气电池具有的另一个重要优点。目前常使用的化学电源都会对环境造成不同程度的污染，如锌锰电池含汞，铅酸电池含铅，镍镉电池含镉，而金属-氧气电池反应后的产物无毒，对环境无任何污染，这对生态保护，环境保护都具有深远的意义。

由于镁-氧气电池可以利用海水作为电解液，因此镁-氧气电池可以作为海底设备用电源，为海下设备提供电能。其以海水作为电池的电解液，不需要额外携带电解液，大大提高了电池的比能量。但是海水电池存在的两个主要问题是氧气的供给问题以及阴极侧氧气与电解液(海水)压力平衡的问题，

专利号为US4184009的美国专利提供了一种浮标金属空气电池，该电池将金属阳极浸在海水电解液中，阴极在水面以上，暴露在空气中，阳极和阴极间填充玻璃纤维和聚氯乙烯纤维复合成的纸状材料。电解液填充在该纸状材料中。此电池需要空气中的氧气作为去极化剂，其阴极必须与空气连通，因此，只能用于海面工作的设备。

专利号为CN1543001A的中国专利提供了一种镁海水电池，这种电池以海水为电解液，利用海水中的溶解氧作为阴极去极化剂，此电池虽然结构简单，但是其阴极效率很低，并且工作电流密度小，阴极面积大，同样限制了其应用范围，不适合用于水下动力电源等一些需要大功率的用电设备。过氧化物与水反应产生氧气，可以作为氧气的来源。尤其是双氧水含氧率高，常常作为供氧材料。其反应原理如下：

2H₂O₂→2H₂O+O₂

碱金属后碱土金属反应制氧原理如下：

Na₂O₂+H₂O→2NaOH+1/2O₂

2CaO2+H2O→2CaOH+3/2O₂

本发明提出一种利用双氧水作为氧源，分解制氧为电池提供氧气。为利用双氧水分解产生的水，可采用碱金属或碱土金属与水反应作为二次供氧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、应用方便的用于海水水下的镁氧电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于海水水下的镁氧电池，包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽；