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课件:镁离子电池.ppt
镁离子电池 ——锂空气电池 一、发展历程 发展背景: 1、能源环境危机 2、环境受到严重破坏 3、实现汽车电动化模式 4、高能量密度电池的需求 电池发展历史: 进入21世纪,人们面临着经济和环境的双重考验,就迫切的需要解决能源问题。 便捷、经济、绿色的能源已成为人类生活的重要组成部分。对高能量密度、长寿命、无污染电池体系的的开发,也就成为世界各国研究的热点。 主要类型: 1、 尖晶石型 MgCo0.66Mn1.34O4的合成及其作为镁离子 2、 v2o5作为镁离子电池正极材料的电池 3、 VOx/titanate 复合材料纳米棒的水热合成及其作为镁离子电池 4、 研究背景及意义 能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础,也是直接影响经 济发展的一个重要因素。进入 21 世纪以来,人类面临着实现经济和社会可持续发 展的重大挑战,如何在资源有限和环保严格要求的双重制约下保持经济的高速发 展已成为全球热点问题 5、 目前已有的电池体系中,铅酸和镍镉电池中含有有害元素 Pb 和 Cd,用这些 原料制造的电池不仅笨重而且对环境具有潜在的危险性。锂离子电池以其高比能 量、没有极易效应和长寿命等优点,已经广泛应用于手机、笔记本电脑、微型摄 像机、IC 卡等便携式电子产品中,并对其它一些重要领域,如电动交通工具 6、 镁与锂处于周期表中的对角线上,根据对角线规则,它们有许多相似的性质。 镁是轻金属,密度 1.7,熔点 714℃,沸点 1412℃ ,硬度 2.0。镁是非常活 泼的金属,电负性为 1.31,标准电极电位-2.36V(vs.SHE)。镁作为电池负极材料, 其理论比容量高达 2.22A·h/g ,在常见的金属中仅比锂(3.68 A·h/g) 二 电池原理 目前镁电池仍未实现商业化。目前来看,主要技术难点有两个:首先是镁在电池中表面容易生成一层致密的钝化膜,当电池开始放电,镁要发生氧化反应时,钝化膜阻滞了这种反应,需要时间撕破这层钝化膜,反应才能顺利进行,学术界把这种现象称为“电压滞后现象”;再者,当镁表面的钝化膜撕破后,在镁电极上不但有需要的电极反应发生,同时电池内的水极易和镁反应,生成氢气,这是不希望发生的副反应,水是电池中的活性物质,水生成氢气,将使活性物质消耗致使电池容量下降,生成的氢气又容易使电池“气胀”。 原理图 目前,镁电池主要有镁锰干电池、储备型镁电池、镁离子二次电池三类。 镁锰干电池与普通锌锰干电池相似之处是随时可以放电,电池的结构与纸板式锌锰电池也有相似之处,正极二氧化锰炭包的组分和配比也基本相同,负极是一镁筒。电解液一般采用加有 Li2CrO4 缓蚀剂的Mg(ClO4)2或 MgBr2溶液,正负极之间的隔离纸上涂有凝胶材料。镁锰干电池的开路电压为 1.60~1.80V,工作电压为 1.3~1.4V,其荷电量比同体积锌锰干电池大一倍左右。 它有良好的温度适应性, 能在-20~60oC 条件下使用,在储存期中其电荷量下降率每年仅 3%左右,因此其储存寿命可长达5年。但该电池不宜长时间间歇地使用,使用开始时有电压滞后现象,使用完毕时电池体积会膨胀。镁二氧化锰干电池的电化学反应式为: Mg + 2MnO2 + H2O→Mg(OH)2 + Mn2O3 电极参数(理论计算) (一)负极(Mg2+/Mg) 电化学当量:K=6.94/26.8=0.26g/(A·h) 理论比容量:C=1000/0.26=3846.15A·h/kg 理论比能量:Wt=nFE=1000/6.94*26.8*3.045=11711.53 Wh/kg =11.71153kWh/kg 理论功率密度:Pt=Wt/t= 11711.53W/kg (二)正极(O2/OH-) 电化学当量:K=32/26.8=1.19g/(A·h) 理论比容量:C=1000/1.19=840.34A·h/kg 理论比能量:Wt=nFE=1000/32*26.8*0.401=335.84 Wh/kg 理论功率密度:Pt=Wt/t= 335.84W/kg 三、电池结构 四 参考文献 [1] 尧玉芬,陈昌国,张佩红,刘渝萍,李雷光,雷淑. AZ31 镁合金在不同电解液中的电化 学行为,腐蚀与防护,(收录待发表). [2] 尧玉芬,陈昌国,刘渝萍,王荣.镁电池的研究进展,材料导报,(收录待发表). [3] 尧玉芬,陈昌国,刘渝萍,司玉军.稀土镧对 AZ31 镁合金电化学行为的影响,中国稀土 学
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