镁空气电池研究进展 PPT课件
新能源材料-金属空气电池ppt课件
7.3 锌空气电池
7.3.3 基本特性
（1）充电特性
锌空气电池的充电模式，打破了普通蓄电池的常规充电 模式，采用机械式更换电池的锌板或锌粒的"充电"模式，整 体更换锌空气电池的活性物质，将整个锌空气电池进行更换 ，电池不再需要花很长的时间来充电，更换一块20kWh的电 池块只需要1分40秒。只要在公路沿线设置锌板或锌粒匣以及 电解质器匣的机械式整体更换站，其效果如同现在内燃机汽 车的加油站，直接"充电"，可以为用户提供很大的方便。
金属/空气电池由具有反应活性的负极和空气电极经电化 学反应偶合而成，它的正极反应物用之不尽。在某些情况 下，金属/空气电池具有很高的质量比能量和体积比能量。 这一体系的极限容量取决于负极的安时容量和反应产物的 贮存与处理技术。
已经研究和开发过的金属/空气电池有原电池、贮备电 池、可充电电池和机械再充式电池等。在机械充电电池设 计(即更换放完电的金属负极)中，电池在本质上相当于原电 池，它的空气电极为相对简单的“单功能”电极，只需要 在放电模式下工作。常规可充电金属/空气电池需要一个第 三电极(用来维持充电时放出氧气)或者一个“双功能”电极 (一个既可以还原氧又可以析氧的电极) 。
7.2 空气电极
7.2.2 外界环境的影响
（1）空气中的CO2的影响
在碱性环境中，二氧化碳会形成碱式碳酸盐而沉积在电 极的微孔结构中，故应使空气中的CO2始终维持在10010-6 以下。
（2）其他影响
锌电极中合金元素的特性和电解液都有可能影响空气电 极的性能和寿命。此外，活性物质中有害物质、隔膜的稳定 性与抗氧化性等因素对锌空气电池性能均有不同程度的影响 。
7.3 锌空气电池
7.3.2 结构
糊状的锌粉在阳极端，起催化作用的碳在阴极。电池壳体上的孔可 让空气中的氧进入腔体附着在阴极的碳上。同时，阳极的锌被氧化。 阴极——是起催化作用的碳从空气中吸收氧。 阳极——是锌粉和电解液的混合物，成糊状。 电解液——高浓度的氢氧化钾水溶液。 隔离层——用于隔离两级间固体 粉粒的移动。 绝缘和密封衬垫——尼龙材料。 电池外表面——镍金属外 壳，具有良好的防腐性的 导体。
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
镁空气电池研究进展
镁空气电池研究进展xx年xx月xx日CATALOGUE目录•镁空气电池概述•镁空气电池材料研究•镁空气电池制造工艺研究•镁空气电池性能测试与评估•镁空气电池发展现状与展望01镁空气电池概述镁空气电池是一种金属-空气电池，以镁为负极，以空气中的氧气为正极活性物质，使用非水电解质。
工作原理：在正极上，氧气发生还原反应，在负极上，镁发生氧化反应，产生电能。
镁空气电池定义与工作原理优点镁资源丰富，可重复使用；比能量密度高，可进行快速充电。
缺点镁腐蚀问题严重；与现有电池体系不兼容。
镁空气电池的优缺点镁空气电池的应用领域•应用领域：移动电源、车用动力电源、航空航天等领域。
02镁空气电池材料研究镁合金负极材料研究研究发现了以Mg-Al、Mg-Mn、Mg-Zn等二元合金为负极材料的性能优化。
通过调整合金成分和优化结构设计，可进一步提高镁合金负极的电化学性能。
镁合金作为负极材料具有高能量密度、低成本、可循环利用等优点。
空气电极材料研究空气电极又称空气正极，是镁空气电池的重要组成部分。
空气电极需要具有良好的透气性、高电导率、耐腐蚀性和稳定性。
研究表明，采用多孔碳材料、金属氧化物和复合材料等可以制备出高性能的空气电极。
电解质材料研究电解质是镁空气电池中传输离子的媒介，需要具有高离子导电性、稳定性好等特点。
目前研究较多的电解质有Mg(AlCl ₂BuEt ₂)、Mg(AlCl ₃BuEt ₂)等。
研究发现，通过调整电解质成分和结构，可以显著提高镁空气电池的电化学性能。
集流体材料研究集流体在镁空气电池中起到收集电流、传输电子的作用。
研究发现，采用低成本、高导电性的金属材料如Cu、Al等作为集流体时，其性能表现良好。
通过优化集流体的结构和设计，可以进一步提高镁空气电池的电化学性能。
03镁空气电池制造工艺研究镁合金材料选择选择合金元素含量较低、电化学性能较好的镁合金作为负极材料。
制备工艺优化采用熔融共晶法、挤压铸造法等工艺，制备具有优良电化学性能的镁合金负极。
镁电池的研究进展
镁电池的研究进展3尧玉芬1,陈昌国1,刘渝萍1,王 荣2(1 重庆大学化学化工学院,重庆400044;2 重庆神鸟科技有限公司,重庆400040)摘要 镁电池具有高功率、高能量密度、低成本、无毒害等特点。
介绍了镁电池的类型和工作原理,综述了镁合金负极、镁电池正极、电解液等方面的研究进展,指出镁负极中添加稀土及G a 等合金元素可改善电池性能,正极材料采用有机化合物可使电池放电平稳、电解液以Mg (ClO 4)2最有前途,讨论了镁电池的发展方向。
关键词 镁电池 镁负极 正极 电解液中图分类号:TM911 文献标识码:AResearch Progress of Magnesium BatteryYAO Yufen 1,C H EN Changguo 1,L IU Yuping 1,WAN G Rong 2(1 College of Chemistry and Chemical Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400044;2 Chongqing Shenniao Science &Technology Company Ltd.,Chongqing 400040)Abstract Magnesium battery has been attaching importance ,due to its high power and energy density ,low 2cost.The kinds and reactions of magnesium battery are summarized.The development of Mg anode ,cathode ,and electrolyte in magnesium battery is reviewed respectively.It is concluded that alloying element Ga and rare earth can improve performance of magnesium battery ,organic materials as cathode can make dicharge curve stable ,and Mg (ClO 4)2is perfected electrolyte.The prospect of magnesium battery is also disscused.K ey w ords magnesium battery ,magnesium anode ,cathode ,electrolytic solution 3重庆市科技攻关计划项目(CSTC2008AC4088)资助 尧玉芬:女,1979年生,硕士,研究方向为材料电化学 陈昌国:教授,博士生导师,主要研究方向:能源化学 Tel :023********* E 2mail :cgchen @ 镁是轻金属,密度为1.74g/cm 3,熔点为714℃,沸点为1412℃,硬度为2.0。
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
《镁空气电池用Mg-4Sn-xIn合金的组织特性与放电行为研究》范文
《镁空气电池用Mg-4Sn-xIn合金的组织特性与放电行为研究》篇一一、引言随着能源科技的不断进步，人们对绿色、高效的能源储存设备的需求日益增加。
镁空气电池，因其具有高能量密度、环保和安全性等特点，近年来受到广泛关注。
在众多研究材料中，镁合金以其优异的化学性质和物理性能成为了电池材料研究的热点。
本篇论文旨在探讨镁空气电池用Mg-4Sn-xIn合金的组织特性与放电行为。
二、材料与方法2.1 合金制备本研究所用合金为Mg-4Sn-xIn系列合金，其中x为In的含量变化参数，通过熔炼法制备合金。
2.2 显微组织观察利用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）对合金的显微组织进行观察，分析合金的相结构及形貌。
2.3 放电行为研究将制备的合金应用于镁空气电池中，通过恒流放电测试，研究合金的放电性能及放电行为。
三、结果与讨论3.1 合金的组织特性通过OM和SEM观察发现，Mg-4Sn-xIn合金主要由α-Mg基体、MgSn共晶相及In在α-Mg基体中的固溶体组成。
随着In含量的增加，α-Mg基体中的In固溶体增多，共晶相的形态和分布也发生变化。
3.2 放电行为研究3.2.1 放电性能随着In含量的增加，Mg-4Sn-xIn合金的放电性能呈现先增加后降低的趋势。
适量的In添加能够提高合金的放电容量和放电效率，但过多则会导致性能下降。
这可能与In在合金中的固溶度及对合金相结构的影响有关。
3.2.2 放电行为分析在放电过程中，合金的电极反应主要涉及镁的氧化和水的还原反应。
适量的In添加能够促进镁的氧化反应，提高反应速率和反应效率。
同时，In的加入也影响了合金的相结构，从而影响了放电行为。
此外，In的加入还可能改善了合金的耐腐蚀性，从而提高了电池的放电性能。
四、结论本研究通过系统研究Mg-4Sn-xIn合金的组织特性和放电行为，得出以下结论：（1）Mg-4Sn-xIn合金主要由α-Mg基体、MgSn共晶相及In 在α-Mg基体中的固溶体组成，随着In含量的增加，合金的组织结构发生变化。
《金属空气电池》课件
储能领域
金属空气电池可作为大规 模储能系统，用于平衡电 网负荷、可再生能源并网 等。
军事领域
金属空气电池具有轻便、 高能量密度的特点，可用 于军事装备和无人机等。
优势与局限性
优势
金属空气电池具有高能量密度、环保 、资源丰富等优点，同时成本较低， 适合大规模应用。
局限性
金属空气电池的寿命相对较短，需要 定期更换电极材料；同时，其充电速 度和放电速度也较慢。
特点
金属空气电池具有高能量密度、低成本、环保等优点，同时 其放电功率和能量受限于氧气的供应和电极的结构。此外， 金属空气电池的寿命和性能受环境温度、湿度和氧气浓度的 影响较大。
02 金属空气电池的组成与工作过程
CHAPTER
正极材料
作用
正极材料在金属空气电池中主要负责氧的吸附和释放，以及电子 的传递。
电解液
作用
电解液在金属空气电池中主要负责提供离子传输 的通道，并参与电池的化学反应。
种类
常用的电解液包括碱性电解液、酸性电解液和熔 融盐等。
特点
电解液应具有良好的离子导电性、化学稳定性和 较低的腐蚀性。
工作过程
充电过程
在充电过程中，正极发生氧的吸 附反应，负极发生金属离子的沉 积反应，同时电子通过外电路传
研究进展
金属空气电池的原理研究
近年来，研究者们对金属空气电池的工作原理进行了深入 探讨，进一步了解了其放电和充电过程中的化学反应机制 。
新型金属空气电池的开发
针对传统金属空气电池的局限性，研究者们不断探索新型 的金属空气电池，如采用非贵金属作为阳极材料，以提高 电池的经济性和可循环性。
金属空气电池性能优化
金属空气电池的重要地位
金属空气电池是一种新型的能源存储和转换装置，具有高效、环保、可持 续等优点，在能源领域中占据重要地位。
镁离子电池PPT课件
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目前，镁电池主要有镁锰干电池、储备型镁电 池、镁离子二次电池三类。
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镁锰干电池与普通锌锰干电池相似之处
是随时可以放电，电池的结构与纸板式锌
锰电池也有相似之处，正极二氧化锰炭包
的组分和配比也基本相同，负极是一镁筒
。电解液一般采用加有 Li2CrO4 缓蚀剂的
Mg(ClO4)2或 MgBr2溶液，正负极之间的隔
离纸上涂有凝胶材料。镁锰干电池的开路
电压为 1.60～1.80V，工作电压为 1.3～
1.4V,其荷电量比同体积锌锰干电池大一倍
左右。
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它有良好的温度适应性, 能在-20～ 60oC 条件下使用，在储存期中其电荷量下 降率每年仅 3％左右,因此其储存寿命可长 达5年。但该电池不宜长时间间歇地使用， 使用开始时有电压滞后现象，使用完毕时 电池体积会膨胀。镁二氧化锰干电池的电 化学反应式为：
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主要类型：
1、 尖晶石型 MgCo0.66Mn1.34O4的合成及其作为镁
离子 2、
v2o5作为镁离子电池正极材料的电池 3、
VOx/titanate 复合材料纳米棒的水热合成及其 作为镁离子电池
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4
4、 研究背景及意义
能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重 要物质基础，也是直接影响经
济发展的一个重要因素。进入 21 世纪以来，人类 面临着实现经济和社会可持续发
Wh/kg =11.71153kWh/kg 理论功率密度：Pt=Wt/t= 11711.53W/kg
（二）正极（O2/OH-） 电化学当量：K=32/26.8=1.19g/(A·h) 理论比容量：C=1000/1.19=840.34A·h/kg 理论比能量：Wt=nFE=1000/32*26.8*0.401=335.84
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微/纳米结构
增大比表面积，加速反应 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。
镁空气电池的优点
储量丰富、价格便宜 清洁、安全 压降小、放电电压稳定 理论电压和能量密度高
Part 2 镁空气电池研究及应用现状
一、镁阳极
镁合金化 将镁与其它金属如Al，Mn，Zn等形成合金，减少镁阳
极的腐蚀，提升电池的性能
提升镁自身的性能
纯度 — 形态
高纯度镁（99.99%）作为阳极可以比某 些合金的腐蚀率更低
表一 几种电池的电压和能量密度对比 Table1 Volatge and energe density comparison of selected batteries
镁空气电池工作原理
水体系：
阳极： Mg-2e- =Mg2+ 阴极： O2+2H2O+4e- =4OH总反应： 2Mg+H2O+O2=2Mg(OH)2 非水体系：
参考文献：
1.Zhang T, Tao Z, Chen J. Magnesium–air batteries: from principle to application[J]. Mater. Horiz., 2014, 1:Advance Article.
2.Zhang L, Hou Z, Ye X, et al. The effect of selected alloying element ad alloy as bioimplants: A literature review[J]. Frontiers of Materials Science, 2013, 7(3):227-236.
阳极： Mg-2e- =Mg2+
阴极 ： O2+2e- =O22-
或O2+4e-=2O2-
总反应： Mg+O2=MgO2
图一 镁空气电池的典型结构和工作原理
或2Mg+O2=2MgO
Fig.1 Typical structure and working principle of Mg-air battery
镁空气电池材料研究进展
目录 / contents
1 镁空气电池简介 2 镁空气电池的研究及应用现状 3 镁空气电池的发展方向
Part 1 镁空气电池简介
金属空气电池
金属空气电池是一类特殊的燃料电池，它是以金属为燃料，与 空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能。具有能量密度高、安 全、污染小等特点。主要包括锂空气电池、镁空气电池、铝空气 电池、锌空气电池等。
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-=4OH-
O2+H2O+2e-=HO2-+OH-
4.Du J, Wang Z, Niu Y, et al. Double liquid electrolyte for primary Mg batteries[J]. Journal of Power Sources, 2014, 247(3):840–844.
5.Saminathan K, Mayilvel Dinesh M, Selvam M, et al. Water soluble graphene as electrolyte additive in magnesium-air battery system[J]. Journal of Power Sources, 2015:32–38.
HO2-+H2O+2e-=3OH-
2HO2-=2OH-+O2
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。
类型
表三 催化剂的种类 Table3 Types of cathode catalysts for Mg-air batteries
催化剂
性能
贵金属
Pt,Pt-alloys, Pd,Cu,Ag…
3.Ghali E, Dietzel W, Kainer K. General and Localized Corrosion of Magnesium Alloys: A Critical Review[J]. Journal of Materials Engineering & Performance, 2013, volume 13(1):7-23(17).
镁空气电池性能优异，有着广阔的发展空间，未来对其研 究主要围绕着以下两个方面： 1.进一步提升镁合金的性能，提高镁阳极的使用效率；寻找催 化活性强，耐用性强，成本低的催化剂，优化空气电极的结构； 研究性能优异稳定的电解液体系。
2.现在的镁空气电池基本都是一次电池，关于可充电的镁空气 电池的还急需发展。
催化活性高，过电压低 4e-反应过程
碳基材料
nanotubes, graphene N-doped nanotubes
催化活性接近Pt，稳定性 好，类似4e-反应过程
过渡金属氧化物
Co3O4/r-GO,MnCoO/r-GO
含氮金属复合物
FeTMPP/C,CoTMPP/C
催化活性与Pt相当， 4e-反应过程，有希望 成为Pt的替代品
THANKS
❖ 雅安地震发生后，中科院大连物化所紧急向灾区提供了500多台大容量、高比 容量镁/空储备电源。该电源可提供长达一个月的电力供应，可在灾区作为帐 篷照明灯、手机充电器等小型设备应急移动电源，为灾后救援提供长时间照 明、通讯等保障，有效解决大面积电力中断带来的影响。
Part 3 镁空气电池的发展方向
催化活性与Pt/C相当 4e-反应过程
四、应用现状
现在镁空气电池的主要应用包括三方面，一是作为备用 电源，在紧急情况下使用；二是为一些海下设备提供电能，三 是军事上的应用。
❖ 挪威和意大利曾合作开发出一种镁空气燃料电池，用于海上 的油田勘探设备，这种电池的能量密度达到650KWh,使用寿命 为15年。