海水电池的制作方法

专利名称：海水电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池技术，特别涉及一种海水电池。主要用以工作在海水区域或其它含食盐水域中的电子设备的电源。
背景技术：
在海上或其它含盐水域中工作的电子设备如海上航标，水文气象浮标、水下探测器、潜水动力机等都需要采用电池来作为电源提供能量；现有的广泛使用的电池有锰锌干电池、碱性电池、铅硫酸充电电池、空气-锌电池等，前三种电池均含有毒的水银、铅、强腐蚀性KOH和硫酸等，制造阶段和使用后会导致环境污染，而且存在输出功率较小、容量体积比大、容量重量比大以及存储失效快等问题，而且不适合于在海水中使用。空气-锌电池必须在空气环境中使用，也不能在海水中使用。为了开发适用于海水中使用的电池，申请号为96206163的中国实用新型专利提供了“一种海水电池”该电池以海水作电解质，电池的阴极板安装在水平面以上，利用空气中的氧作阴极的去极化剂，金属阳极板装在水平面以下，阴极板到水平面这一段距离用海绵一类吸水性强的物质填充，正、负离子通过海绵中吸收的海水电解质分别到达正、负极板进行化学反应产生电流，供用电器使用；这种海水电池的防水工艺比较复杂，而且由于电池需要空气中的氧作为去极化剂，所以这种电池必须与大气连通，因而工作范围受到限制。为了克服这类金属-空气-海水组合电池的缺点，在专利号为95212257的中国实用新型专利提供了一种“水中溶氧电池”，这种电池是以海水作电解质，用大面积的网状金属或其它导电材料作电池的阴极，利用水中的溶解氧作为电池的阴极去极化剂，用铝、镁、锌及其合金作电池的阳极；这种电池虽然可以应用到更广的领域，但其阴极效率极低，所产生的电流密度在300mA/m2左右，为满足大电流需要，就不得不将其有效面积设计为阳极的5～50倍，因而电池体积相当大，不适合用于水下动力电源和海上救生等要求体积小、电流大的埸合。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种体积小、电流大、使用方便、存贮性能好、适用范围广的海水电池。
本发明的目的通过下述技术方案实现本海水电池包括分隔开的阴极和金属阳极，所述金属阳极为镁金属或镁合金，阴极为不溶性导电基材修饰AgCl、CuCl2、高分子导电膜或多孔基材上吸附Ag+、Cu2+、Ca2+等材料组成；这种电池为一次性镁海水电池，其电池反应原理是镁及其合金中的镁元素与海水中的Cl-反应生成MgCl和MgCl2，以Mg2+方式溶解进入海水中，同时放出2个电子，完成阴极反应；如以AgCl为阳极材料，Ag+通过内电路获得1个电子而转化为金属Ag，完成阳极电极反应，在连接两电极的外电路就有电流流动，实现电池的功能。
本海水电池亦可为充电式镁海水电池，其金属阳极为镁金属或镁合金，阴极为不溶性导电基材上修饰AgO、Ag2O、导电高分子膜等组成；这种充电式镁海水电池的电池反应原理是如以AgO/Ag2O为阴极材料，电池放电时AgO通过内电路获得1个电子而转化为Ag2O，完成放电时的阴极电极反应。电池充电时Ag2O通过外电路失去1个电子而转化为AgO，完成充电时的阴极电极反应。实现反复充放电的蓄电池功能。
本海水电池的电化学反应方程式见表1。
表1、镁海水电池各电极的电化学反应

为了实现更好的效果，所述金属阳极采用纯镁或镁含量大于80％的镁合金，如Al、Cu、Zn、Fe、Co等的双元素或多元素合金，其含量根据阴极机械度和放电性能力的要求进行调节，一般在0.1-20％之间，以0.1-10％为好；超过20％的合金，Mg元素不易参与电极反应而降低了电池的输出能力(即内阻加大)。
所述镁金属或镁合金可以根据使用要求制成薄膜、薄板、网状、海绵体和棒状等各种形状和形态；其表面根据使用和存储条件不同，可进行纯化处理或涂膜保护。当镁及其合金为网状或海绵体状时，可以大大提高与海水的有效接触面积，达到提高电池性能的目的。
本海水电池可设计为平板层叠式、薄膜卷筒式、中心柱状阳极式结构，以适应不同使用情况的需要。
本发明与现有技术相比具有如下的优点(1)结构简单、重量轻、体积小、存贮性能好；本海水电池仅由阴、阳极板和支持阴、阳极的结构体构成，是全固态的材料，无腐蚀性胶体和液体存在，使用前不需要介质(即海水)，单位容量的重量很小，可保存几年不发生失效或容量降低现象，比较适合于防灾、军事、海事及民生用途的备用或常用电源；(2)工作电流大；阴阳极可以制成很薄的膜状，除有效面积很大外，两极间用很薄的亲水性隔膜使之间隔控制在3mm以内，电池内阻很小，因而放电电流大。(3)使用方便；本海水电池只要接触海水或其它含食盐水域即可正常使用，并不局限置于水面位置使用，因而使用非常方便，适用的范围更广；(4)环保效果好；本海水电池除使用介质为天然海水外，镁及其合金反应后生成天然存在的MgO和Mg2+是完全安全的环保物质，并不会对环境造成破坏，因而克服了现有电池容易导致环境污染的缺点；(5)电池类型可以灵活变化；本海水电池可以根据需要灵活更换电极材料，制成一次性的普通海水电池或充电电池，并可设计为平板层叠式、薄膜卷筒式、中心柱状阳极式结构，适应各种不同场合的需求。


图1是本发明一种海水电池的结构示意图。
图2是本发明另一种海水电池的结构示意图。
图3是本发明又一种海水电池的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1图1示出了本发明的一种结构形式，由图1可见，本海水电池是一种为海上救生衣而设计的卷式海水电池，包括薄片镁阳极1、海棉隔膜2、薄膜氯化银阴极3、阴极引线4、阳极引线5、防潮外包装6，薄片镁阳极1采用纯镁，海棉隔膜2将薄片镁阳极1和薄膜氯化银阴极3分隔开，阳极引线5和阴极引线4分别与薄片镁阳极1和薄膜氯化银阴极3相连接，防潮外包装6包覆在阴、阳极材料的外侧进行密封防潮。当使用者需要使用时，撕开防潮外包装6让海水进入薄片镁阳极1与薄膜氯化银阴极2之间的吸水海棉隔膜2，薄片镁阳极1与薄膜氯化银阴极2之间发生电化学反应产生电力，可用于发出求救闪光或者驱动发射机输出求救信号；实验结果表明阴阳极有效面积为5.0cm2的试验单电池，实测开路端电压为1.75V，30mA放电时的端电压为1.55v，可以连续放电25分钟左右，具备制作实用电池的能力。
实施例2图2示出了本发明的另一种结构形式，由图2可见，本海水电池是一种为海上航标而设计的充电式海水电池，包括板式镁阳极7、阳极引线8、板式氧化银阴极9、阴极引线10、固定块11，板式镁阳极7采用镁铝合金，与阳极引线8相连接，板式氧化银阴极9采用AgO及Ag2O制成，并与阴极引线10相连接，板式镁阳极7与板式氧化银阴极9相间连接于固定块11上。在使用时，将本海水电池放入大海，就可产生电力驱动航标灯工作；本电池可以使用太阳能电池产生的电力或者使用潮波发电机的电力充电；实验结果表明阴阳极有效面积为5.0cm2的试验单电池，经实测开路端电压为1.65V，25mA放电时的端电压为1.25v，可以连续放电20分钟左右。完全放电后的端电压约为0.85v；用50mA充电20分钟，又可以按上述放电条件使用20分钟左右，反复充放电几十次而性能无明显变化，具备制作实用充电电池能力。
实施例3图3示出了本发明的另一种结构形式，由图3可见，本海水电池是一种为海上小船和潜水动力机设计可更换阳极板的充电式海水电池，包括有板式镁阳极12、阳极内部引线13、板式氧化银阴极14、阴极接地线15，在船体16上固定有非导电固支架17，非导电固支架17上可插卸板式镁阳极12，板式镁阳极12与阳极内部引线13相连接，板式氧化银阴极14与阴极接地线15相连接；当本海水电池浸入海水中，可产生电力驱动小船或潜水动力机工作。本海水电池的板式镁阳极12可方便地拆出更换，阳极充电后可再次使用，这样可达到降低成本和节省资源的效果。本实施例的试验单电池的实验数据与实施例2相同。
上述实施例为本发明较佳的实施例子，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神与技术下所作的改变、修饰或替代，均应为等效的置换，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种海水电池，包括分隔开的阴极和金属阳极，其特征在于所述金属阳极为纯镁或镁含量大于80％的镁合金。
2.根据权利要求1所述的海水电池，其特征在于所述阴极为不溶性导电基材修饰AgCl、CuCl2、高分子导电膜或多孔基材上吸附Ag+、Cu2+、Ca2+构成。
3.根据权利要求1所述的海水电池，其特征在于所述阴极为不溶性导电基材上修饰AgO、Ag2O、导电高分子膜构成。
4.根据权利要求1所述的海水电池，其特征在于所述镁合金为Al、Cu、Zn、Fe、Co的双元素或多元素合金
5.根据权利要求4所述的海水电池，其特征在于所述Al、Cu、Zn、Fe、Co的含量为0.1～10％。
6.根据权利要求1所述的海水电池，其特征在于所述镁金属或镁合金制成薄膜、薄板、网状、海绵体和棒状的形状。
7.根据权利要求1所述的海水电池，其特征在于所述镁金属或镁合金表面进行纯化处理或涂膜保护。
8.根据权利要求1所述的海水电池，其特征在于所述阴极和金属阳极为平板层叠式、薄膜卷筒式、中心柱状阳极式结构。
全文摘要
本发明提供一种海水电池，包括分隔开的阴极和金属阳极，所述金属阳极为纯镁或镁含量大于80％的镁合金，阴极为不溶性导电基材修饰AgCl、CuCl
文档编号H01M6/34GK1391300SQ0213434
公开日2003年1月15日 申请日期2002年7月12日 优先权日2002年7月12日
发明者罗韦因, 刘钧泉 申请人:华南理工大学