专利名称：一种用于海水水下的镁氧电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及镁氧电池，具体地说是一种用于海水水下的镁氧电池。
背景技术：
近年来，随着科技的进步，人们对海洋资源的认识有了进一步的提高，海洋工程技 术也取得了很大的发展，海洋开发越来越成为许多国家的重要战略计划。海洋遥感技术，海 洋导航技术，深海探测技术，以及海洋军事技术等都离不开电源。由于海下实际工况的特殊 性和复杂性，目前常规的一次电池和二次电池(如铅酸电池，镍氢电池，银锌电池，锂离子 电池等)难以满足新型水下设备对长寿命，高容量，安全可靠电源的需求。典型的镁-氧气电池包括金属镁或镁合金，氧气阴极，以及填充在阳极和阴极之 间的碱金属盐(或其碱)的电解液(如KOH溶液，NaCl溶液等)。电池放电过程中，氧气与 电解液中的水在氧气阴极发生还原反应生成阴离子(如OH—)，阴离子通过电解液迁移到金 属阳极，与金属镁发生反应产生电子。例如，当以金属镁作为金属-氧气电池系统的阳极， 氯化钠溶液作为电解液时，电池放电过程中，在两个电极上发生的电极反应及电极反应电 势如下阳极反应Mg—Mg2++2e-E = -2. 37V阴极反应02+2H20+4e- — 40FE = O. 40V电池反应Mg+l/202+H20 — Mg (OH) 2 E = 2. 77V与传统的一次电池和二次电池相比，首先，镁_氧气电池具有较高的比能量(单位 为W · h/L或W · h/kg)，能够提供较高的输出电压(1. 5-3V)。其次，金属镁储量丰富、价廉 易得，而阴极氧还原催化剂为非贵金属，同时整个电池的结构简单、易于制备，因此使得电 池生产的总成本大大降低。再次，镁-氧气电池的另外一个重要特点是其可以采用机械充 电方式，即阳极金属镁完全消耗后，换用新的金属镁即可继续供电，充电时间非常短，只需 要几分钟即可完成，延长了电池的使用寿命。另外，环保也是镁-氧气电池具有的另一个重 要优点。目前常使用的化学电源都会对环境造成不同程度的污染，如锌锰电池含汞，铅酸电 池含铅，镍镉电池含镉，而金属_氧气电池反应后的产物无毒，对环境无任何污染，这对生 态保护，环境保护都具有深远的意义。由于镁-氧气电池可以利用海水作为电解液，因此镁_氧气电池可以作为海底设 备用电源，为海下设备提供电能。其以海水作为电池的电解液，不需要额外携带电解液，大 大提高了电池的比能量。但是海水电池存在的两个主要问题是氧气的供给问题以及阴极侧 氧气与电解液(海水)压力平衡的问题，专利号为US4184009的美国专利提供了一种浮标金属空气电池，该电池将金属阳 极浸在海水电解液中，阴极在水面以上，暴露在空气中，阳极和阴极间填充玻璃纤维和聚氯 乙烯纤维复合成的纸状材料。电解液填充在该纸状材料中。此电池需要空气中的氧气作为 去极化剂，其阴极必须与空气连通，因此，只能用于海面工作的设备。专利号为CN1543001A的中国专利提供了一种镁海水电池，这种电池以海水为电解液，利用海水中的溶解氧作为阴极去极化剂，此电池虽然结构简单，但是其阴极效率很 低，并且工作电流密度小，阴极面积大，同样限制了其应用范围，不适合用于水下动力电源 等一些需要大功率的用电设备。过氧化物与水反应产生氧气，可以作为氧气的来源。尤其 是双氧水含氧率高，常常作为供氧材料。其反应原理如下2H202 — 2H20+02碱金属后碱土金属反应制氧原理如下Na2O2+H2O — 2Na0H+l/2022Ca02+H20 — 2Ca0H+3/202本发明提出一种利用双氧水作为氧源，分解制氧为电池提供氧气。为利用双氧水 分解产生的水，可采用碱金属或碱土金属与水反应作为二次供氧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、应用方便的用于海水水下的镁氧电池。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种用于海水水下的镁氧电池，包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽；双氧水储槽置于氧气/水储槽的上方，双氧水储槽的下部通过管路与氧气/水储 槽的上部相连接；在双氧水储槽内充填有双氧水，双氧水可依靠重力作用可通过管路流入 氧气/水储槽内；双氧水储槽的部分或全部壳体采用柔性材料制成；氧气/水储槽中部和上部为氧气室、下部为水储槽，于氧气室的中部或上部设置 有双氧水分解催化剂层、双氧水进入氧气室后流过双氧水分解催化剂层；氧阴极设置于氧气室的侧壁和/或上端的外壁面上，氧阴极与氧气室相连通，在 氧阴极的外侧、即远离于氧气室的一侧设置有阳极，氧阴极与阳极之间留有空隙；水储槽与氧气室直接连通，水储槽内填充有碱金属过氧化物。所述双氧水储槽与氧气室的连接管路上设有针形阀；所述氧阴极与阳极为一组以上，每组的氧阴极与阳极均相互平行设置；所述双氧水储槽、氧气/水储槽为密封连接结构，双氧水储槽采用柔性材料制成； 氧气/水储槽的水储槽下部设置有带阀门的排水口；所述氧阴极和的阳极通过导线与外界负载相连；阳极为镁或镁合金金属板；氧阴极由气体扩散层和催化层构成；按质量含量计， 气体扩散层由10-80%聚四氟乙烯及20-90%碳粉组成，催化层由10-30%聚四氟乙烯及 70-90 %的二氧化锰粉末组成。所述双氧水分解催化剂为银、二氧化锰或钯中的一种或多种；所述碱金属或碱土金属过氧化物为过氧化钠、过氧化钾或过氧化钙中的一种或 多种；所述氧阴极粘敷于氧气/水储槽的中上部的侧壁和/或上端的外壁面上，并于粘 敷处的氧气室壁上开有孔，氧阴极通过孔与氧气/水储槽相连通；所述双氧水储槽上设置有加料口。本发明具有以下优点
本发明所述应用于水下具有氧气自动补给装置的镁_氧气电池系统，以双氧水作 为液态储氧原料，其不但解决了水下用镁-氧气电池系统的供氧问题，可以实现氧气的自 动补给，同时也解决了镁-氧气电池系统作为水下电源时阴极侧氧气与电解液(海水)的 压力自动平衡问题。与采用氧气瓶等压力容器供氧方式相比，此装置结构简单，操作方便， 同等体积下携带氧量更大，整个系统的气体压力与环境压力相同，所以也更为安全；与使用 溶解氧相比，可以提够高氧气浓度，有利于提高电池性能。为实现镁-氧气电池系统在水下 的应用解决了必要的技术难题。
图1 一种应用于水下具有氧气自动补给装置的镁-氧气电池系统示意图其中，1双氧水储槽外壳；2为双氧水柔性储囊；3为针型流量调节阀；4为氧阴极； 5镁或镁合金阳极；6为双氧水分解催化床；7为氧阴极隔离壁板；8为氧气/水储槽；9为碱 金属或碱土金属过氧化物；10为排水口。
具体实施例方式—种用于海水水下的镁氧电池，包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽，双氧水储槽置于氧气/水储槽的上方，双氧水储槽的下部通过管路与氧气/水储 槽的上端相连接，且连接管路上设有针形阀；在双氧水储槽内充填有双氧水，双氧水可依靠 重力作用可通过管路流入氧气/水储槽内；双氧水储槽为密闭液体储槽，双氧水储槽采用 柔性材料制成；双氧水储槽上设置有加料口 ；氧气/水储槽中部和上部为氧气室、下部为水储槽，水储槽与氧气室直接连通，水 储槽内填充有碱金属过氧化物；所述碱金属或碱土金属过氧化物为过氧化钠、过氧化钾 或过氧化钙；于氧气/水储槽的上部设置有双氧水分解催化剂层、双氧水进入氧气/水储槽后 流过双氧水分解催化剂层；氧气/水储槽为方形密闭储槽，氧气/水储槽的下部设置有带阀 门的排水口；氧阴极与阳极为四组，阳极为镁或镁合金金属板；氧阴极由气体扩散层和催化层 叠合而成；四个氧阴极的气体扩散层分别粘敷于氧气/水储槽的中上部的侧壁的外壁面 上，并于粘敷处的氧气/水储槽壁面上开有孔，氧阴极通过孔与氧气/水储槽相连通，在氧 阴极的催化层外侧设置有阳极，氧阴极与阳极之间留有空隙；每组的氧阴极与阳极均相互 平行设置。按质量含量计，气体扩散层由40%聚四氟乙烯及60%碳粉组成，催化层由50%聚 四氟乙烯及50%的二氧化锰组成。所述双氧水分解催化剂为过渡金属或过渡金属盐，如银、 二氧化锰、钯、铁氧体等。应用时，本发明镁氧电池置于海水中，开启针形阀，双氧水可依靠重力通过管路流 入氧气/水储槽内的双氧水分解催化剂层中进行分解，产生氧气，海水作为电解质充满氧 阴极与阳极之间的空隙，构成一镁氧电池，氧阴极和的阳极通过导线与外界负载相连，进行 放电。
权利要求
一种用于海水水下的镁氧电池，其特征在于包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽；双氧水储槽置于氧气/水储槽的上方，双氧水储槽的下部通过管路与氧气/水储槽的上部相连接；在双氧水储槽内充填有双氧水，双氧水可依靠重力作用通过管路流入氧气/水储槽内；双氧水储槽的部分或全部壳体采用柔性材料制成；氧气/水储槽中部和上部为氧气室、下部为水储槽，于氧气室的中部或上部设置有双氧水分解催化剂层、双氧水进入氧气室后流过双氧水分解催化剂层；氧阴极设置于氧气室的侧壁和/或上端的外壁面上，氧阴极与氧气室相连通，在氧阴极的外侧、即远离于氧气室的一侧设置有阳极，氧阴极与阳极之间留有空隙；水储槽与氧气室直接连通，水储槽内填充有碱金属过氧化物。
2.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于所述双氧水储槽与氧气室的连接管 路上设有针形阀。
3.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于所述氧阴极与阳极为一组以上，每组 的氧阴极与阳极均相互平行设置。
4.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于所述双氧水储槽、氧气/水储槽为密 封连接结构，双氧水储槽采用柔性材料制成；氧气/水储槽的水储槽下部设置有带阀门的 排水口。
5.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于所述氧阴极和阳极通过导线与外界 负载相连；阳极为镁或镁合金金属板；氧阴极由气体扩散层和催化层构成；按质量含量计，气 体扩散层由10-80%聚四氟乙烯及20-90%碳粉组成，催化层由10-30%聚四氟乙烯及 70-90 %的二氧化锰粉末组成。
6.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于所述双氧水分解催化剂为银、二氧化 锰或钯中的一种或多种。
7.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于所述碱金属或碱土金属过氧化物为 过氧化钠、过氧化钾或过氧化钙中的一种或多种。
8.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于所述氧阴极粘敷于氧气/水储槽的 中上部的侧壁和/或上端的外壁面上，并于粘敷处的氧气室壁上开有孔，氧阴极通过孔与 氧气/水储槽相连通。
9.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于所述双氧水储槽上设置有加料口。
全文摘要
本发明涉及镁氧电池，具体地说是一种用于海水水下的镁氧电池，包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽，双氧水储槽置于氧气/水储槽的上方，双氧水储槽的下部通过管路与氧气/水储槽的上部相连接；在双氧水储槽内充填有双氧水，双氧水可依靠重力作用可通过管路流入氧气/水储槽内；双氧水储槽的部分或全部壳体采用柔性材料制成；于氧气/水储槽的中部或上部设置有双氧水分解催化剂层、双氧水进入氧气/水储槽后流过双氧水分解催化剂层分解生成氧气和水；氧阴极设置于氧气/水储槽的中上部的侧壁和/或上端的外壁面上，氧阴极与氧气/水储槽相连通，在氧阴极的外侧、即远离于氧气/水储槽的一侧设置有阳极，氧阴极与阳极之间留有空隙。其结构简单、应用方便。
文档编号H01M6/34GK101882685SQ20101013670
公开日2010年11月10日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者孙公权 申请人:孙公权