專利名稱：一種用于海水水下的鎂氧電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂氧電池，具體地說是一種用于海水水下的鎂氧電池。
背景技術(shù)：
近年來，隨著科技的進(jìn)步，人們對海洋資源的認(rèn)識有了進(jìn)一步的提高，海洋工程技 術(shù)也取得了很大的發(fā)展，海洋開發(fā)越來越成為許多國家的重要戰(zhàn)略計劃。海洋遙感技術(shù)，海 洋導(dǎo)航技術(shù)，深海探測技術(shù)，以及海洋軍事技術(shù)等都離不開電源。由于海下實際工況的特殊 性和復(fù)雜性，目前常規(guī)的一次電池和二次電池(如鉛酸電池，鎳氫電池，銀鋅電池，鋰離子 電池等)難以滿足新型水下設(shè)備對長壽命，高容量，安全可靠電源的需求。典型的鎂-氧氣電池包括金屬鎂或鎂合金，氧氣陰極，以及填充在陽極和陰極之 間的堿金屬鹽(或其堿)的電解液(如KOH溶液，NaCl溶液等)。電池放電過程中，氧氣與 電解液中的水在氧氣陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成陰離子(如OH—)，陰離子通過電解液遷移到金 屬陽極，與金屬鎂發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電子。例如，當(dāng)以金屬鎂作為金屬-氧氣電池系統(tǒng)的陽極， 氯化鈉溶液作為電解液時，電池放電過程中，在兩個電極上發(fā)生的電極反應(yīng)及電極反應(yīng)電 勢如下陽極反應(yīng)Mg—Mg2++2e-E = -2. 37V陰極反應(yīng)02+2H20+4e- — 40FE = O. 40V電池反應(yīng)Mg+l/202+H20 — Mg (OH) 2 E = 2. 77V與傳統(tǒng)的一次電池和二次電池相比，首先，鎂_氧氣電池具有較高的比能量(單位 為W · h/L或W · h/kg)，能夠提供較高的輸出電壓(1. 5-3V)。其次，金屬鎂儲量豐富、價廉 易得，而陰極氧還原催化劑為非貴金屬，同時整個電池的結(jié)構(gòu)簡單、易于制備，因此使得電 池生產(chǎn)的總成本大大降低。再次，鎂-氧氣電池的另外一個重要特點是其可以采用機械充 電方式，即陽極金屬鎂完全消耗后，換用新的金屬鎂即可繼續(xù)供電，充電時間非常短，只需 要幾分鐘即可完成，延長了電池的使用壽命。另外，環(huán)保也是鎂-氧氣電池具有的另一個重 要優(yōu)點。目前常使用的化學(xué)電源都會對環(huán)境造成不同程度的污染，如鋅錳電池含汞，鉛酸電 池含鉛，鎳鎘電池含鎘，而金屬_氧氣電池反應(yīng)后的產(chǎn)物無毒，對環(huán)境無任何污染，這對生 態(tài)保護(hù)，環(huán)境保護(hù)都具有深遠(yuǎn)的意義。由于鎂-氧氣電池可以利用海水作為電解液，因此鎂_氧氣電池可以作為海底設(shè) 備用電源，為海下設(shè)備提供電能。其以海水作為電池的電解液，不需要額外攜帶電解液，大 大提高了電池的比能量。但是海水電池存在的兩個主要問題是氧氣的供給問題以及陰極側(cè) 氧氣與電解液(海水)壓力平衡的問題，專利號為US4184009的美國專利提供了一種浮標(biāo)金屬空氣電池，該電池將金屬陽 極浸在海水電解液中，陰極在水面以上，暴露在空氣中，陽極和陰極間填充玻璃纖維和聚氯 乙烯纖維復(fù)合成的紙狀材料。電解液填充在該紙狀材料中。此電池需要空氣中的氧氣作為 去極化劑，其陰極必須與空氣連通，因此，只能用于海面工作的設(shè)備。專利號為CN1543001A的中國專利提供了一種鎂海水電池，這種電池以海水為電解液，利用海水中的溶解氧作為陰極去極化劑，此電池雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是其陰極效率很 低，并且工作電流密度小，陰極面積大，同樣限制了其應(yīng)用范圍，不適合用于水下動力電源 等一些需要大功率的用電設(shè)備。過氧化物與水反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，可以作為氧氣的來源。尤其 是雙氧水含氧率高，常常作為供氧材料。其反應(yīng)原理如下2H202 — 2H20+02堿金屬后堿土金屬反應(yīng)制氧原理如下Na2O2+H2O — 2Na0H+l/2022Ca02+H20 — 2Ca0H+3/202本發(fā)明提出一種利用雙氧水作為氧源，分解制氧為電池提供氧氣。為利用雙氧水 分解產(chǎn)生的水，可采用堿金屬或堿土金屬與水反應(yīng)作為二次供氧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用方便的用于海水水下的鎂氧電池。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種用于海水水下的鎂氧電池，包括氧陰極、陽極、雙氧水儲槽、氧氣/水儲槽；雙氧水儲槽置于氧氣/水儲槽的上方，雙氧水儲槽的下部通過管路與氧氣/水儲 槽的上部相連接；在雙氧水儲槽內(nèi)充填有雙氧水，雙氧水可依靠重力作用可通過管路流入 氧氣/水儲槽內(nèi)；雙氧水儲槽的部分或全部殼體采用柔性材料制成；氧氣/水儲槽中部和上部為氧氣室、下部為水儲槽，于氧氣室的中部或上部設(shè)置 有雙氧水分解催化劑層、雙氧水進(jìn)入氧氣室后流過雙氧水分解催化劑層；氧陰極設(shè)置于氧氣室的側(cè)壁和/或上端的外壁面上，氧陰極與氧氣室相連通，在 氧陰極的外側(cè)、即遠(yuǎn)離于氧氣室的一側(cè)設(shè)置有陽極，氧陰極與陽極之間留有空隙；水儲槽與氧氣室直接連通，水儲槽內(nèi)填充有堿金屬過氧化物。所述雙氧水儲槽與氧氣室的連接管路上設(shè)有針形閥；所述氧陰極與陽極為一組以上，每組的氧陰極與陽極均相互平行設(shè)置；所述雙氧水儲槽、氧氣/水儲槽為密封連接結(jié)構(gòu)，雙氧水儲槽采用柔性材料制成； 氧氣/水儲槽的水儲槽下部設(shè)置有帶閥門的排水口；所述氧陰極和的陽極通過導(dǎo)線與外界負(fù)載相連；陽極為鎂或鎂合金金屬板；氧陰極由氣體擴散層和催化層構(gòu)成；按質(zhì)量含量計， 氣體擴散層由10-80%聚四氟乙烯及20-90%碳粉組成，催化層由10-30%聚四氟乙烯及 70-90 %的二氧化錳粉末組成。所述雙氧水分解催化劑為銀、二氧化錳或鈀中的一種或多種；所述堿金屬或堿土金屬過氧化物為過氧化鈉、過氧化鉀或過氧化鈣中的一種或 多種；所述氧陰極粘敷于氧氣/水儲槽的中上部的側(cè)壁和/或上端的外壁面上，并于粘 敷處的氧氣室壁上開有孔，氧陰極通過孔與氧氣/水儲槽相連通；所述雙氧水儲槽上設(shè)置有加料口。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明所述應(yīng)用于水下具有氧氣自動補給裝置的鎂_氧氣電池系統(tǒng)，以雙氧水作 為液態(tài)儲氧原料，其不但解決了水下用鎂-氧氣電池系統(tǒng)的供氧問題，可以實現(xiàn)氧氣的自 動補給，同時也解決了鎂-氧氣電池系統(tǒng)作為水下電源時陰極側(cè)氧氣與電解液(海水)的 壓力自動平衡問題。與采用氧氣瓶等壓力容器供氧方式相比，此裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便， 同等體積下攜帶氧量更大，整個系統(tǒng)的氣體壓力與環(huán)境壓力相同，所以也更為安全；與使用 溶解氧相比，可以提夠高氧氣濃度，有利于提高電池性能。為實現(xiàn)鎂-氧氣電池系統(tǒng)在水下 的應(yīng)用解決了必要的技術(shù)難題。


圖1 一種應(yīng)用于水下具有氧氣自動補給裝置的鎂-氧氣電池系統(tǒng)示意圖其中，1雙氧水儲槽外殼；2為雙氧水柔性儲囊；3為針型流量調(diào)節(jié)閥；4為氧陰極； 5鎂或鎂合金陽極；6為雙氧水分解催化床；7為氧陰極隔離壁板；8為氧氣/水儲槽；9為堿 金屬或堿土金屬過氧化物；10為排水口。
具體實施例方式—種用于海水水下的鎂氧電池，包括氧陰極、陽極、雙氧水儲槽、氧氣/水儲槽，雙氧水儲槽置于氧氣/水儲槽的上方，雙氧水儲槽的下部通過管路與氧氣/水儲 槽的上端相連接，且連接管路上設(shè)有針形閥；在雙氧水儲槽內(nèi)充填有雙氧水，雙氧水可依靠 重力作用可通過管路流入氧氣/水儲槽內(nèi)；雙氧水儲槽為密閉液體儲槽，雙氧水儲槽采用 柔性材料制成；雙氧水儲槽上設(shè)置有加料口 ；氧氣/水儲槽中部和上部為氧氣室、下部為水儲槽，水儲槽與氧氣室直接連通，水 儲槽內(nèi)填充有堿金屬過氧化物；所述堿金屬或堿土金屬過氧化物為過氧化鈉、過氧化鉀 或過氧化鈣；于氧氣/水儲槽的上部設(shè)置有雙氧水分解催化劑層、雙氧水進(jìn)入氧氣/水儲槽后 流過雙氧水分解催化劑層；氧氣/水儲槽為方形密閉儲槽，氧氣/水儲槽的下部設(shè)置有帶閥 門的排水口；氧陰極與陽極為四組，陽極為鎂或鎂合金金屬板；氧陰極由氣體擴散層和催化層 疊合而成；四個氧陰極的氣體擴散層分別粘敷于氧氣/水儲槽的中上部的側(cè)壁的外壁面 上，并于粘敷處的氧氣/水儲槽壁面上開有孔，氧陰極通過孔與氧氣/水儲槽相連通，在氧 陰極的催化層外側(cè)設(shè)置有陽極，氧陰極與陽極之間留有空隙；每組的氧陰極與陽極均相互 平行設(shè)置。按質(zhì)量含量計，氣體擴散層由40%聚四氟乙烯及60%碳粉組成，催化層由50%聚 四氟乙烯及50%的二氧化錳組成。所述雙氧水分解催化劑為過渡金屬或過渡金屬鹽，如銀、 二氧化錳、鈀、鐵氧體等。應(yīng)用時，本發(fā)明鎂氧電池置于海水中，開啟針形閥，雙氧水可依靠重力通過管路流 入氧氣/水儲槽內(nèi)的雙氧水分解催化劑層中進(jìn)行分解，產(chǎn)生氧氣，海水作為電解質(zhì)充滿氧 陰極與陽極之間的空隙，構(gòu)成一鎂氧電池，氧陰極和的陽極通過導(dǎo)線與外界負(fù)載相連，進(jìn)行 放電。
權(quán)利要求
一種用于海水水下的鎂氧電池，其特征在于包括氧陰極、陽極、雙氧水儲槽、氧氣/水儲槽；雙氧水儲槽置于氧氣/水儲槽的上方，雙氧水儲槽的下部通過管路與氧氣/水儲槽的上部相連接；在雙氧水儲槽內(nèi)充填有雙氧水，雙氧水可依靠重力作用通過管路流入氧氣/水儲槽內(nèi)；雙氧水儲槽的部分或全部殼體采用柔性材料制成；氧氣/水儲槽中部和上部為氧氣室、下部為水儲槽，于氧氣室的中部或上部設(shè)置有雙氧水分解催化劑層、雙氧水進(jìn)入氧氣室后流過雙氧水分解催化劑層；氧陰極設(shè)置于氧氣室的側(cè)壁和/或上端的外壁面上，氧陰極與氧氣室相連通，在氧陰極的外側(cè)、即遠(yuǎn)離于氧氣室的一側(cè)設(shè)置有陽極，氧陰極與陽極之間留有空隙；水儲槽與氧氣室直接連通，水儲槽內(nèi)填充有堿金屬過氧化物。
2.按照權(quán)利要求1所述的鎂氧電池，其特征在于所述雙氧水儲槽與氧氣室的連接管 路上設(shè)有針形閥。
3.按照權(quán)利要求1所述的鎂氧電池，其特征在于所述氧陰極與陽極為一組以上，每組 的氧陰極與陽極均相互平行設(shè)置。
4.按照權(quán)利要求1所述的鎂氧電池，其特征在于所述雙氧水儲槽、氧氣/水儲槽為密 封連接結(jié)構(gòu)，雙氧水儲槽采用柔性材料制成；氧氣/水儲槽的水儲槽下部設(shè)置有帶閥門的 排水口。
5.按照權(quán)利要求1所述的鎂氧電池，其特征在于所述氧陰極和陽極通過導(dǎo)線與外界 負(fù)載相連；陽極為鎂或鎂合金金屬板；氧陰極由氣體擴散層和催化層構(gòu)成；按質(zhì)量含量計，氣 體擴散層由10-80%聚四氟乙烯及20-90%碳粉組成，催化層由10-30%聚四氟乙烯及 70-90 %的二氧化錳粉末組成。
6.按照權(quán)利要求1所述的鎂氧電池，其特征在于所述雙氧水分解催化劑為銀、二氧化 錳或鈀中的一種或多種。
7.按照權(quán)利要求1所述的鎂氧電池，其特征在于所述堿金屬或堿土金屬過氧化物為 過氧化鈉、過氧化鉀或過氧化鈣中的一種或多種。
8.按照權(quán)利要求1所述的鎂氧電池，其特征在于所述氧陰極粘敷于氧氣/水儲槽的 中上部的側(cè)壁和/或上端的外壁面上，并于粘敷處的氧氣室壁上開有孔，氧陰極通過孔與 氧氣/水儲槽相連通。
9.按照權(quán)利要求1所述的鎂氧電池，其特征在于所述雙氧水儲槽上設(shè)置有加料口。
全文摘要
本發(fā)明涉及鎂氧電池，具體地說是一種用于海水水下的鎂氧電池，包括氧陰極、陽極、雙氧水儲槽、氧氣/水儲槽，雙氧水儲槽置于氧氣/水儲槽的上方，雙氧水儲槽的下部通過管路與氧氣/水儲槽的上部相連接；在雙氧水儲槽內(nèi)充填有雙氧水，雙氧水可依靠重力作用可通過管路流入氧氣/水儲槽內(nèi)；雙氧水儲槽的部分或全部殼體采用柔性材料制成；于氧氣/水儲槽的中部或上部設(shè)置有雙氧水分解催化劑層、雙氧水進(jìn)入氧氣/水儲槽后流過雙氧水分解催化劑層分解生成氧氣和水；氧陰極設(shè)置于氧氣/水儲槽的中上部的側(cè)壁和/或上端的外壁面上，氧陰極與氧氣/水儲槽相連通，在氧陰極的外側(cè)、即遠(yuǎn)離于氧氣/水儲槽的一側(cè)設(shè)置有陽極，氧陰極與陽極之間留有空隙。其結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用方便。
文檔編號H01M6/34GK101882685SQ20101013670
公開日2010年11月10日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者孫公權(quán) 申請人:孫公權(quán)