镁空气储备电池具备独特优势
镁电池介绍
镁电池介绍随着世界各国能源资源的日益短缺，而面对能源的需求量日益增加，寻求一种新能源的课题就摆在我们面前。
同时，由于人们对环保的要求越来越高，因而这种新能源必须是无污染、高能量、体积小、重量轻，而价格低廉的一种新产品电池。
为适应上述要求，近年来世界各国的科学家都对镁系列电池开始进行研究，并有一些研究文章发表，我国也不例外。
但真正是因民用、再大范围、宽领域使用的电池尚未面世。
我们经过十多年的研究，已成功地开发出Mg-Cu系列电池。
并已供国防、气象、火箭等领域使用；现在已开发出Mg-MnO2系列电池。
拟建厂投入批量生产；目前在Mg可充二次电池的研究方面也取得了一些成效。
我们的总体思路是：尽快建厂大批量生产Mg-MnO2电池；首先提供军方和国家气象、航空火箭等领域使用，同时集中力量进行Mg二次电池的研究开发，以尽快应用在军方高尖端武器装备和民用矿灯、电动汽车等更宽的领域上。
在造价同等的情况下与目前的高倍电能电池相比较使用时间超过了10倍。
除了电能以外还在几个方面有着独特的优势：A 无污染目前市场上使用的普通干电池和碱性锌锰电池大都使用了金属汞。
电池用完废弃后，每年将有近百吨汞被遗弃在大气、江河和土地中。
造成环境的污染。
所以人们纷纷要求回收废电池。
然后回收来的废电池目前又没有很好的处理方案，因而人们一直是电池为“公害”。
而Mg-MnO2电池从原材料（所有的原材料）到生产过程直至电池使用完后变成废弃物对环境无任何污染，可以称作为绿色电池。
B 贮存寿命长根据国家标准，碱性Zn-Mgo2电池贮存为12个月，而Mg-MnO2贮存三年后容量保存在95%以上。
C 电池的重量比能量和体积比能量高也就是说放出相同的能量，镁电池的体积小，重量轻。
详见下表：一次电池性能对比（以54cm3电池为例）D 工作温度范围宽 Mg电池能在高温度和低温度下工作。
一般的干电池推荐使用温度范围为-5℃--45℃，而Mg-MnO2电池的推荐温度为-20℃--+60℃，我们的产品经试验可以在-60℃--+80℃下正常工作。
中科院科技成果——金属空气储备电源
中科院科技成果——金属空气储备电源项目简介
金属空气电池是以具有反应活性的锂、镁、铝、锌等金属为主要材料的新型电池产品，具有比能量高、放电电压平稳、储存寿命长、成本低、工作温度范围宽、使用安全、废旧电池可回收利用的等优点，被国际上称为“绿色电池”。
金属空气电池具有广阔的市场应用前景，既可用于救灾、抢险及野外等应急照明和通讯方面，又可用作电动自行车、电动汽车的动力电池。
在国家新能源政策的鼓励和牵引下，金属空气电池将有望突破锂离子电池的瓶颈，成为21世纪理想的动力电池。
课题组针对金属空气电池（包括镁-空电池、锂-空电池、锌-空电池和铝-空电池），通过对电池关键材料、系统集成和加工技术的创新研究，重点解决了金属阳极腐蚀与钝化、空气阴极稳定性、固体产物管理及电池集成与加工技术等诸多问题，从而提高了金属空气电池的性能与寿命，降低了其成本。
目前，已研制的镁空气储备电池样机比能量高达700Wh/kg，已达国际领先水平。
镁空气电池研究进展
副反应的发生减缓了氧还原过程，因此需要有一种高效的催 化剂，提高反应活性，加快反应速度。
表三 催化剂的种类 Table3 Types of cathode catalysts for Mg-air batteries 类型 贵金属 催化剂 Pt,Pt-alloys, 性能 催化活性高，过电压低
Pd,Cu,Ag…
增大比表面积，加速反应
微/纳米结构
加速Mg(OH)2沉淀
表二 镁阳极的分类 Table2 Types of Mg anode for Mg-air batteries
二、电解液
镁空气电池的高极化和低库伦效率不仅与电极有关也与电解液密 切相关，因此选择一种合适的电解液也是至关重要的。
关于电解液的研究主要有以下几个方面：电解质溶液的PH，溶液
中阴离子的种类，溶液浓度等。
三、空气电极
镁空气电池的性能与空
气电极密切相关。典型 的空气电极有四层组成：疏水
层，气体扩散层，催化层和电流收集层。
现在关于空气电极的研究主要围绕气体的有效扩散以及合 适的高效催化剂等。
中性水溶液中可能的氧还原路径为： O2+2H2O+4e-=4OHO2+H2O+2e-=HO2-+OHHO2-+H2O+2e-=3OH2HO2-=2OH-+O2
4e-反应过程
碳基材料
nanotubes, graphene
催化活性接近Pt，稳定性
N-doped nanotubes
好，类似4e-反应过程
过渡金属氧化物
Co3O4/r-GO,MnCoO/r-GO
催化活性与Pt相当， 4e-反应过程，有希望 成为Pt的替代品 催化活性与Pt/C相当 4e-反应过程
镁空气电池阳极材料研究进展
镁 是一种轻 金 属 ， 导热 导电性 好 ， 化学性 质 活泼 ， 标 准 电
１电极 合 金化
普通镁（ ９ ０ ％－ － ９ ９ ％） 中由于杂质的存在 ， 易发生微 观原电池
极 电位 一２ ． ３ ７ Ｖ（ ｖ ｓ ． Ｓ ＨＥ ） ， 可 以形成较 大的开路 电压和工作 电
压， 理论 比容量 为 ２ ２ ０ ５ ｍＡ ｈ ／ ｇ ｔ ” ， 理论 能量密度仅 次于轻金属
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ， ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ； ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ； ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ； ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ
ｌ Ｖ Ｉ Ａ Ｘｉ ａ ｏ — ｌ ｕ ， ＧＡＯ Ｓ ｈ ｕ ｎ ， ＺＩ － ／ ＯＵ Ｙｉ ｎ ｇ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ【 ｖ Ｂ ｌ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｈｅ ｎ ａ ｎ ４ ５ ｏ ｏ ｏ ｌ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
锂 和铝 ， 镁 及镁 的化合 物低毒或 无毒 ， 污染小 ， 对环境 友好 ， 是
理 想的电极材料 【 ２ １ 。镁 空气 电池具有 比能量高 ， 可使用 温度范
腐蚀反应 ， 容易形成钝 化膜 ， 阻碍 Ｍｇ ｚ ＋ 的迁移 ， 使 电池 产生滞
镁空气电池研究进展
04
镁空气电池性能测试与评价
充放电性能测试
充放电性能是镁空气电池最重要的性能指标之一，通过对不同材料和结构的镁空 气电池进行充放电测试，可以评估其性能优劣和潜力。
06
镁空气电池研究展望与挑战
研究展望
提升能量密度和稳定性
通过优化材料和设计，提高镁空气电池的能量密度和循环稳定性，以满足实际应用的需求。
扩大应用领域
探索镁空气电池在储能、电动车辆、移动设备等领域的应用可能性，拓展其应用范围。
加强基础研究
深入研究镁空气电池的反应机制和材料特性，为进一步优化提供理论支撑。
倍率性能测试
倍率性能是指镁空气电池在不同倍率下的充放电性能，通 过对电池进行倍率性能测试可以评估其在不同使用场景下 的适应性。
倍率性能测试通常需要在不同电流密度下对电池进行充放 电测试，以了解其倍率性能的变化规律和优劣程度。
能效与能量密度测试
能效与能量密度是镁空气电池的关键性能指标之一，能效指的是电池在充放电过 程中能量的利用效率，能量密度则是指电池单位体积或质量所能够储存的能量大 小。
技术挑战
要点一
镁的氧化还原反应
镁的氧化还原反应是镁空气电池的核 心反应之一，需要进一步优化反应过 程以提高电池性能。
要点二
催化剂性能提升
镁空气电池的催化剂是影响性能的关 键因素之一，需要研究和开发高效、 稳定的催化剂。
要点三
电池系统集成
镁空气电池系统的集成和优化，包括 电极设计、电解质选择、镁供应和回 收等，也是需要解决的重要问题。
02
镁空气电池电压
镁空气电池电压随着科技的不断发展，人们对电池的需求也越来越高。
电池的电压是电池性能的重要指标之一，而随着新型电池的不断涌现，其电压也在不断提高。
本文将重点介绍一种新型电池——镁空气电池的电压特性。
镁空气电池是一种新型的电池，它的正极是空气，负极是镁。
镁是一种常见的金属元素，具有轻、强、耐腐蚀等特点，是一种理想的电池材料。
而空气则是一种免费的、无限的资源，可以充当电池的正极，使得镁空气电池具有很高的能量密度和较长的使用寿命。
镁空气电池的电压主要取决于其正极的氧化还原反应。
在镁空气电池中，空气中的氧气被还原成氢氧根离子，而镁则被氧化成镁离子。
这个反应的化学方程式为：Mg + 2O2 + 2H2O → 2Mg(OH)2这个反应的标准电势为-2.37V，因此镁空气电池的标准电压为2.37V。
但实际上，由于反应过程中存在一些损失，镁空气电池的实际电压会略低于标准电压。
除了反应过程中的损失外，镁空气电池的电压还受到其他因素的影响。
其中最重要的因素是电池的温度。
镁空气电池的反应速率随着温度的升高而增加，因此在较高的温度下，电池的电压会略高于在较低温度下的电压。
但是，过高的温度也会导致电池的寿命缩短，因此需要在电池的使用过程中控制好温度。
镁空气电池的电压还受到电池的设计和制造工艺的影响。
例如，电池的电极面积、电解液的浓度、电极材料的纯度等都会影响电池的电压。
因此，在设计和制造镁空气电池时，需要综合考虑这些因素，以获得最佳的电压性能。
总的来说，镁空气电池的电压在2.0V左右，略低于锂离子电池的电压。
但是，镁空气电池具有很高的能量密度和较长的使用寿命，因此在某些应用场合下具有很大的优势。
例如，在无人机、电动汽车等领域，镁空气电池可以提供更长的续航里程和更高的性能表现。
镁空气电池是一种新型的电池，其电压主要取决于其正极的氧化还原反应。
在实际应用中，电池的电压还受到其他因素的影响，需要综合考虑这些因素，以获得最佳的电压性能。
镁电池优缺点简介
镁电池优缺点简介随着全球能源消耗高速增长，环境日益恶化，以化学电池代替交通行业中的石油成为竞相研究的热点，特别在电动汽车领域中的应用。
现在使用的二次电池主要是Pb酸、Ni-Cd、Ni-MH及Li离子电池，它们在应用于电动汽车方面显然都不太理想。
前两种电池含有害元素Pb和Cd，严重污染环境。
锂离子二次电池则更适用于小容量，大容量储电时，由于Li的特别活泼，会遇到安全问题；另外，锂离子电池因为成本较高，Li和Co资源相对比较缺乏，提炼难度大，易造成环境污染。
环保廉价、能量密度比高的二次可循环镁离子电池将是一个重要的替代能源载体。
在元素周期表中，Mg与Li处于对角线位置，两者有相似的化学性质（表1）。
与锂离子电池相比较（表2），镁离子电池的优点主要有以下几点：（一）Mg蕴藏丰富，价格低廉，海水和土壤中含有丰富的氯化镁和氧化镁提炼方便，节能。
（二）Mg安全无污染且加工处理比锂方便；Mg的化合物无毒或者低毒，可循环性能好，具有生物和环境友好性，属于绿色能源。
（三）电极电位较低，能量密度高。
（四）循环寿命性能好，（-20~80 °C条件下）循环2000次后容量仅损失15%。
（五）安全性能高，熔点高达649 °C。
表1 镁和锂的性质对比表 2 镁离子电池与锂离子电池的相关参数比较基于以上优点，1990年，Gregory等人首次报道了较完整的镁二次电池系统进行试验。
该电池充放电的库仑效率可达99% ，虽然存在低的开路电压、高极化等不足、无足够稳定性等问题而不成功，但却说明了二次镁电池从技术上是可行的。
其后，由Aurbach等人组装的镁二次电池在性能上明显提高，该电池在电流密度0.2~0.3 mA/cm2下，放电平台达到了1.1~1.2 V 左右，循环近600次，向实用迈出一大步。
还有很多其他类似报道，其质量比容量从几十到410 mAh/g 不等，实用性和稳定性均不佳。
理论上，镁离子电池比锂离子电池具有更大的研究空间。
镁空气储备电池
镁空气储备电池镁空气储备电池是一种新型的储能技术，它利用镁和空气的化学反应来将电能转化为化学能进行储存，并在需要时将化学能转化为电能供电。
与传统的锂离子电池相比，镁空气储备电池具有能量密度更高、安全性更好和环境友好等优点，因此备受关注和研究。
镁是一种丰富的金属元素，并且具有优异的化学特性。
相较于锂，镁在化学反应中释放出的电能更高，因此镁空气储备电池的能量密度相较于锂电池更高。
此外，镁空气储备电池所需的空气作为一种无限可再生能源，可以大大延长电池的使用寿命。
镁空气储备电池的工作原理如下：首先，在电池的阳极一侧，镁金属与电解质发生化学反应，生成镁离子和电子。
随后，镁离子通过电解质流动到电池的阴极一侧，与从空气中吸收的氧气反应，生成氧化镁。
而同时，被释放的电子则通过外部电路形成电流，从而实现能量的转换和储存。
与锂离子电池相比，镁空气储备电池具有以下特点：1. 高能量密度：镁空气储备电池的能量密度是锂离子电池的两倍以上，能够提供更长的续航里程和更高的能量输出。
2. 环境友好：镁是一种广泛存在的天然资源，相较于锂等稀有金属，镁的开采和回收更加容易和环保。
3. 安全性高：镁空气储备电池不需要使用易燃和易爆的有机溶剂，不存在火灾和爆炸等安全隐患。
4. 成本更低：镁空气储备电池的材料成本较低，且镁金属可以多次使用，降低了使用成本。
然而，镁空气储备电池还存在一些挑战需要克服。
首先，镁离子在电解质中的传输速度较慢，影响了电池的放电速率和性能。
其次，镁与电解质之间的反应会产生一定的副反应，导致电池的循环寿命变短。
此外，对阴极的氧气进行处理和过滤也是一个技术难题。
为了解决这些问题，科学家们正在不断努力改进镁空气储备电池的结构和材料。
例如，研究人员正在寻找更好的电解质和阳极材料，以提高电池的性能和循环寿命。
此外，采用纳米材料和多孔材料也可以增加电池系统的表面积和电荷传输速度，从而提高电池的能量密度和放电速率。
总之，镁空气储备电池作为一种新型储能技术，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
镁空气储备电池具备独特优势
链接：/tech/46992.html
来源：证券时报网
镁空气储备电池具备独特优势
2013年的一大关键词就是高科技，全球资本市场也不断掀起科技股的炒作潮，高科技也在四川地震灾区展现重要作用。
据相关媒体报道，中科院大连化学物理研究所研制的“镁空气储备电池”，一亮相四川灾区便引来广泛关注。
镁空气储备电池能满足一台10瓦LED照明灯工作30天，或为200部智能手机充满电。
分析人士指出，鉴于镁储备电池的独特优势，其未来的普及将有望带动金属镁需求的增长。
镁空气储备电池地震灾区显身手
牵动心弦的四川芦山地震现场，活跃着多支救灾队伍。
除了公众熟知的子弟兵、医疗、志愿者等队伍外，还有数支特殊的队伍，即科技救灾队伍。
其中，镁空气储备电池组成的应急移动电源设备队伍大受关注。
科学家们此次带来的物品，几乎成为灾民的生活必备之物。
芦山县姜维路有一排清一色的黑色帐篷，这里驻扎着来自四川省内其他市县的交警支援队伍，帐篷里那台抢手的“充电器”和“照明灯”深受军民的喜爱。
据介绍，这台大小1.2升、重1公斤左右的“充电器”，学名是“镁空气储备电池”，是中科院大连化学物理研究所国家973计划首席科学家孙公权专门为灾区带来的。
用孙公权的话说，这个小家伙能满足一台10瓦LED照明灯工作30天，或为200部智能手机充电。
这款“镁空气储备电池”能量十分高，能量密度单位达到800瓦时/千克，1公斤这种新型电池，相当于运用于汽车的铅酸电池的30倍。
孙公权介绍：“不需要充电，换了镁片加点水就能接着干。
”
需要指出的是，这台抢手的“充电器”才刚刚走出实验室不久。
由中国科学院大连化学物理研究所主导的金属空气储备电源研究，主要是针对金属空气电池（包括镁-空电池、锂-空电池、锌-空电池和铝-空电池），通过对电池关键材料、系统集成和加工技术的创新研究，重点解决金属阳极腐蚀与钝化、空气阴极稳定性、固体产物管理及电池集成与加工技术等诸多问题，从而提高了金属空气电池的性能与寿命，降低了其成本。
目前，已研制的镁空气储备电池样机比能量高达700Wh/kg，已达到国际领先水平。
分析人士表示，镁储备型电池的储存寿命可达10年以上，能在任何场合在临时使用时加清水或海水使之活化，活化后半小时内即可使用。
其工作电压十分平稳，使用寿命一般为0.5-24小时。
镁电池主要供军事通信和气象测候仪、海难救生设备和高空雷达仪等使用。
镁空气储备电池列装汽车不是梦
除了在四川地震灾区大显身手外，镁空气储备电池还被应用于电动汽车。
据相关媒体报道，韩国科学技术研究院研发出一项技术，其能使电动汽车在一块完整电池的驱动下，行驶距离达到800公里，大约是从汉城到釜山的往返路程。
目前，韩国科学家完成了全球首次镁-空气电池汽车的路面测试。
据相关媒体报道，韩国科技研究院宣布已成功完
成了镁-空气电池驱动的汽车行驶测试，该院能源会聚研究中心的Cho Byung-won博士领导了该项目。
镁-空气电池是同等大小锂电池所持能量的5倍，且其所需的充电时间更短。
若比较镁-空气电池系统的动力汽车及传统的由汽油驱动的汽车相比，以相同的水平行驶，电动汽车模型具备更大的能量密度。
实际上，镁空气电池是以高能量密度著称。
不过，镁阳极的反应效率较低，而空气阴极的响应速度较慢，这就意味着，尽管镁-空气燃料电池能够储存很多能量，但是将能量转换成实际的动力还十分有限。
为了解决这个问题，韩国科技研究院使用了多种物质来改变镁阳极和空气阴极的化学成分，并提高反应效率和速度。
最终，该团队的镁空气电池的能放较传统电池翻了一倍。
不仅如此，该电池的充电时间仅需10分钟，只需要更换一下镁板和盐水电解质。
但是，中期来看，镁空气电池完全适用于电动汽车还为时过早。
在实现商业化之前还有很多困难需要克服，其中最大的问题就是成本。
目前镁空气电池汽车模型的燃料成本是汽油驱动汽车成本的三倍。
Cho Byung-won博士称，尽管现在的燃料成本还很高，但一旦电池技术和氢氧化镁回收技术得到开发，其后期成本将有望大幅降低，因而镁空气电动汽车的商业化还是能够实现。
原文地址：/tech/46992.html
页面 1 / 1。