[发明专利]一种柔性镁水电池

说明书

本发明涉及镁水电池，具体地说是一种用于海水水下并具有一定柔性的镁水半燃料电池。电池包括阳极、隔膜、阴极和固定电池的弹性囊状管；单个电池结构为“三明治”状：隔膜包裹阳极片，两片阴极上下夹住阴极，再用带有一定孔洞的囊状管裹住阴极；电池与电池之间采用并联或串联或串并联公用方式连接；阳极为具有一定柔性的镁汞合金，阴极为担载了催化剂的泡沫材料，隔膜为聚合物无纺多孔膜材料，电解质为电池工作时外部流进电池的海水。电池工作原理为阳极镁失去电子形成镁离子扩散到电解质，电子通过导线传输到阴极并与水反应生成氢气。其结构简单，由于电池具有一定的柔性，使其应用更广、更方便。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体的说涉及一种以金属镁或镁合金为阳极，担载有析氢催化剂的载体为阴极，水为阴极反应物的柔性镁水电池。

背景技术

海洋开发和利用对我国国家主权、经济建设和国家安全具有重要的战略意义。随着科学技术的不断进步，我国对海洋的认识已经有了较大幅度的提高。面向深海、远海的全方位探索则对现有的海洋仪器设备提出了更高的要求，如增加潜海工作深度、延长工作时间等。电源是满足海洋仪器设备上述需求的重要组成部分。然而，由于海下实际工况的限制，特别在深海条件下，目前常规的一次电池和二次电池难以满足海洋仪器设备对大容量、长寿命、结构可调、安全可靠水下电源的需求。

镁海水电池是一类可在海水中使用的电池体系。该类电池以金属镁或镁合金为阳极、氧气、海水中溶解氧、过氧化氢等为氧化剂，直接利用海水作为电解质。其中，镁溶解氧海水电池是一种典型的镁海水电池，该电池的优点包括：一、能量密度高。由于除镁阳极外电池的阴极氧化剂和电解质均来自海水，因此电池实际质量比能量高达数百瓦时每千克；二、原料来源丰富。我国镁储量丰富，且价格低廉；三、储存性能好。电池不接触海水时处于不激活状态，储存时间长达数年。然而，由于镁溶解氧海水电池性能受海水中溶解氧浓度影响较大，该电池的实际使用受到了限制，具有一定的局限性。一方面，海水中溶解氧的浓度受到海水深度、温度、水域的影响。其中，海水深度对其影响最大。海水溶解氧浓度随水深的不断减小，近1000米时达到最低值。当海水溶解氧浓度降低时，电池性能迅速下降，难以满足海洋装备正常的供电需求。另一方面，传统的镁海水电池为满足结构强度和海水不断更新的需求，需相对固定且通透的结构，这就增大了电池体积，降低了电池的体积比能量，同时也给海洋仪器设备的设计和应用增加了困难。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种以柔性镁汞合金为阳极，担载析氢催化剂的多孔材料为阴极，以水为阴极反应物的镁水电池。将电池制备成柔性，可以在海洋仪器设备外壳等与海水接触处进行设置，从而极大的增强了电池的装备结构适应性，电池几乎不额外增加体积。电池电极的反应方程式如下：

阳极反应：Mg→Mg²⁺+2e^-

阴极反应：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

电池反应：Mg+2H₂O→Mg(OH)₂+H₂

本发明采用如下技术方案来实现：

一种柔性镁水电池，包括镁汞合金阳极、隔膜、担载析氢催化剂阴极以及阴极反应物水；所述隔膜置于所述镁汞合金阳极外侧；所述担载析氢催化剂阴极与所述隔膜的外侧相贴接。

所述柔性镁水电池置于一具有弹性的囊体中；所述柔性囊体具有供阴极反应物水流通的通孔。弹性囊体与柔性镁汞合金阳极配合有利于异型电池结构的设计。

所述镁汞阳极和担载析氢催化剂阴极均为片状或类片状结构；所述一片镁汞阳极置于二片担载析氢催化剂阴极之间，形成一“三明治”结构柔性镁水电池。两片阴极对应一片阳极有利于电池效率的提高。同时所述的类片状结构即为曲面结构等。