鎂-溶解氧海水電池性能的實驗室模擬研究.pdf

1、隨著化石能源日漸短缺，以及燃燒化石能源帶來的環(huán)境問題日益嚴峻，各國紛紛加快了對海洋資源的開發(fā)和利用。然而進行長期的深海探測和海下作業(yè)需要消耗大量的電能，常規(guī)電源在壽命和安全性方面很難滿足要求，因此，可再生分布式海洋電源——海水溶解氧電池（簡稱海水電池）展現出較大的應用前景。海水電池具有完全開放結構，電池性能不僅受電極材料影響，還與溶解氧濃度、海水流速等環(huán)境參數以及工作電流、正負極距離等電池參數有關。因此，研究上述因素對海水電池性能影響對

2、于促進海水電池實際應用具有重要意義。
　　本文針對海水電池使用工況條件，通過開路電位、動電位極化、恒流放電、失重等測試方法，系統(tǒng)評價了Mg-Ga-Hg合金在海水中的電化學行為，考察其作為海水電池負極材料的相關性能;通過測穩(wěn)態(tài)極化曲線、恒流放電曲線等方法研究了聚丙烯腈基碳纖維(PAN-CF)作為海水電池正極在電化學改性前后對海水溶解氧還原反應的催化性能，并研究了海水流速、溶解氧濃度、工作電流、反應副產物對電化學改性后的聚丙烯腈基碳纖

3、維(MPAN-CF)電極性能的影響;最后，還討論了正負極距離對海水電池輸出電壓的影響。本文主要研究結果如下:
　　1、Mg-Ga-Hg合金未工作時在海水中的自放電速率為0.381mA/cm2，開路電位為-1.91～-1.95V，在1～9mA/cm2電流密度下放電時工作電位均負于-1.9V，激活時間小于10s，電流效率在70％左右，且間歇放電性能良好，在鹽度大于1.5％的靜態(tài)或動態(tài)海水中均具有良好的電化學活性，適合作海水溶解氧電池負

4、極材料。
　　2、電化學改性后的PAN-CF電極對海水中的溶解氧還原反應具有良好的電催化活性，且刷狀電極(MPAN-CFB)可以有效提高電極傳質性能，海水流速越大、溶解氧濃度越高，電極性能越好，且在流速大于2cm/s、溶解氧濃度高于3mg/L的常溫海水中，電極在-400mV電位下工作電流密度可以達到-32.3mA/g;在模擬深海環(huán)境（溶解氧濃度3mg/L、海水流速2cm/s、溫度4℃）中，電極在-400mV下工作電流密度仍可以達到

5、-10.9mA/g，適合作海水溶解氧電池正極材料。
　　3、MPAN-CFB電極適合在低于200mA電流下工作，且工作初期副產物對電極性能影響較為嚴重，在50mA、100mA電流下的穩(wěn)定工作電位分別可以達到-247mV、-343mV。在設計海水電池時應根據電池工作電流合理設計正負極之間距離:若單支MPAN-CFB電極工作電流大于100mA，正負極之間距離應低于12cm;若工作電流小于100mA，則正負極之間距離可以增大到25cm。