鎂-溶解氧海水電池性能的實(shí)驗(yàn)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(lái)的環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，各國(guó)紛紛加快了對(duì)海洋資源的開發(fā)和利用。然而進(jìn)行長(zhǎng)期的深海探測(cè)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(jiǎn)稱海水電池）展現(xiàn)出較大的應(yīng)用前景。海水電池具有完全開放結(jié)構(gòu)，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(shù)以及工作電流、正負(fù)極距離等電池參數(shù)有關(guān)。因此，研究上述因素對(duì)海水電池性能影響對(duì)

2、于促進(jìn)海水電池實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。
　　本文針對(duì)海水電池使用工況條件，通過開路電位、動(dòng)電位極化、恒流放電、失重等測(cè)試方法，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了Mg-Ga-Hg合金在海水中的電化學(xué)行為，考察其作為海水電池負(fù)極材料的相關(guān)性能;通過測(cè)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(xué)改性前后對(duì)海水溶解氧還原反應(yīng)的催化性能，并研究了海水流速、溶解氧濃度、工作電流、反應(yīng)副產(chǎn)物對(duì)電化學(xué)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(fù)極距離對(duì)海水電池輸出電壓的影響。本文主要研究結(jié)果如下:
　　1、Mg-Ga-Hg合金未工作時(shí)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(shí)工作電位均負(fù)于-1.9V，激活時(shí)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(dòng)態(tài)海水中均具有良好的電化學(xué)活性，適合作海水溶解氧電池負(fù)

4、極材料。
　　2、電化學(xué)改性后的PAN-CF電極對(duì)海水中的溶解氧還原反應(yīng)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(zhì)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(dá)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(dá)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(chǎn)物對(duì)電極性能影響較為嚴(yán)重，在50mA、100mA電流下的穩(wěn)定工作電位分別可以達(dá)到-247mV、-343mV。在設(shè)計(jì)海水電池時(shí)應(yīng)根據(jù)電池工作電流合理設(shè)計(jì)正負(fù)極之間距離:若單支MPAN-CFB電極工作電流大于100mA，正負(fù)極之間距離應(yīng)低于12cm;若工作電流小于100mA，則正負(fù)極之間距離可以增大到25cm。