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
金属_空气电池的研究进展_朱明骏
３．４ 锂 ／ 空气电池
锂 ／ 空气电池是以金属锂作为负极， 以空气中的氧气作为 正极， 采用非水溶液或水溶液作为电解质， 通过锂与氧气之间 的电化学反应获得能量。根据所采用的电解质性质不同， 反应 机理也不同，在非水体系溶液中，电池反应为 ２ Ｌｉ＋２ ｅ＋Ｏ２→ Ｌｉ２Ｏ２， 在水溶液体系中电池反应为 ２ Ｌｉ＋１／２ Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→２ ＬｉＯＨ， 原理图如图 ２ 所示［１１］。 锂 ／ 空气电池体系的理论能量密度是现有化学电池体系 中最高的（Ｈ２－Ｏ２ 燃料电池反应除外 ）， 达到 １１ １４０ Ｗｈ／ｋｇ， 与汽 油机理论能量密度相接近，是目前高性能锂离子电池理论能 量密度的 １０ 倍以上，因此一直以来受到研究人员的广泛关 注。但目前该电池体系还有很多问题等待解决： 例如在非水体 系锂 ／ 空气电池中， ①由于电池反应产物 ＬｉｘＯｙ 不溶于电解液， 因此会在空气电极孔道中进行沉积，长时间放电后会导致 Ｏ２
广泛研究和应用， 但它也存在一些缺点 ［１］。表 １ 归纳总结了金 属 ／ 空气电池的主要优缺点。
。 金属 ／ 空气电池由具有反应活性
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的负极材料和空气电极经某些电化学反应组合而成 。 由于金 属 ／ 空气电池具有很高的质量比能量和体积比能量， 最重要的 是正极材料是用之不尽的， 所以科研工作者对金属 ／ 空气电池 的开发做了很多的努力。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ／ａｉｒ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ＺＨＵ Ｍｉｎｇ－ｊｕｎ１， ＹＵＡＮ Ｚｈｅｎ－ｓｈａｎ２， ＳＡＮＧ Ｌｉｎ２， ＤＩＮＧ Ｆｅｉ２， ＬＩＵ Ｈａｏ－ｊｉｅ２
（１．Ｎａｖｙ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｉｎ Ｋｕｎｍｉｎｇ， Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｙｕｎｎａｎ ６５００００， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４， Ｃｈｉｎａ）
镁空气电池阳极材料研究进展
镁空气电池阳极材料研究进展马晓录;高顺;周颖【摘要】High specific energy,low cost and non-pollution were the advantages of magnesium-air battery.As the anode material of magnesium air battery,the electro-performance of battery was directly influenced by magnesium electrode.The recent research on magnesium electrode was reviewed,including electrode additive,processing method,heat treatment and electrolytic additive.%镁空气电池具有比能量高、原材料来源丰富及无污染等优点,镁电极作为镁空气电池的阳极,其性能的好坏将直接影响电池的放电性能.综述了镁电极在合金化、加工状态、热处理方法及电解液添加剂等方面国内外的研究进展.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2017(041)002【总页数】3页(P331-333)【关键词】镁电极;加工状态;热处理;添加剂【作者】马晓录;高顺;周颖【作者单位】河南工业大学机电工程学院,河南郑州450007;河南工业大学机电工程学院,河南郑州450007;河南工业大学机电工程学院,河南郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TM911.4镁是一种轻金属，导热导电性好，化学性质活泼，标准电极电位－2.37 V(vs.SHE)，可以形成较大的开路电压和工作电压，理论比容量为2 205 mAh/g[1]，理论能量密度仅次于轻金属锂和铝，镁及镁的化合物低毒或无毒，污染小，对环境友好，是理想的电极材料[2]。
镁空气电池具有比能量高，可使用温度范围宽(－20～80℃)[3]，原材料来源丰富及成本低等特点，在移动电子设备电源、海洋水下仪器电源、自主式潜航器电源和备用电源等领域应用前景广阔[4]。
镁空气电池的工作原理
镁空气电池的工作原理
镁空气电池的作业原理为经过空气中的氧气和金属镁发作化学反应发作电能。
该电池选用镁做负极；以空气中的氧做为正极，运用古河电池单独开发的氧复原催化剂替代遍及运用的铂或稀土资料，降低了本钱并提高了氧复原功率。
新电池选用凸版印刷出产的纸质容器作为外壳，分量约为1.6公斤，灌水后为3.6公斤。
一次灌水最大发电量300瓦时，可继续供电5天，能为智能手机充电30次。
因为该电池只要不注入水，就不会自我放电，因而可长时间保存，十分合适做为防灾用品备用。
推荐-镁空气电池 精品
一、项目提出背景、意义和必要性1、项目背景军用电池是武器装备和电子信息装备的重要组成部分，它为武器装备和电子信息装备提供能量保障，既是基础又是核心，其性能好坏、质量优劣在很大程度上决定了武器装备和信息装备的性能水平与作战能力。
当前我国装备军队的发电系统基本为柴油发电机组，移动用电源多为汽油发电机组和各种电池。
这些电源虽然技术成熟、能满足功率要求，但在使用中有诸多的局限性，难以适应瞬息万变的高技术条件下的现代战争。
⑴内燃机发电系统内燃机发电系统主要应用于固定电站和车载电源等地方。
采用这种系统能满足功率要求，但效率低(20％～30％)，机组重量较大(从数百千克到数吨)、体积偏大(车载时占用了整车30％以上的空间)、机动性极差，而且噪声大、红外辐射强，容易成为敌方侦察系统锁定的攻击目标，与现代战争要求的可靠性与隐蔽性以及确保通信指挥的畅通有极大差距。
⑵一次性电池长期以来，一次性军用电池是多种通信系统和武器系统的主要电源，主要为锌锰、锌汞、镁锰、锌银，以及锂一次性电池。
目前装备部队的技术上成熟的一次性电池主要是锌锰电池、碱性锌锰电池和镁锰电池。
锌锰电池容量小、性能差，但价格便宜，部队用得最早用量也很大；碱性锌锰电池容量大、重负荷性能好、贮存性能优异，但因成本高而装备不多；镁锰电池有很好的贮存性能、容量高，特别适合在高温高湿环境下使用。
以镁为负极的叠层镁锰干电池组在美国陆军已得到应用，我国也已将该种电池列入了军用镁电池标准(GJB885—90、GJB319A-97)，但因电压滞后等问题尚未解决，制约了它的应用，镁干电池目前主要供军事通信和气象测候仪、海难救生设备和高空雷达仪等使用。
⑶二次性电池即充电电池(又称蓄电池)二次性电池主要用于车船、卫星、载人飞船、航空、通信及小型电子设备。
二次性电池主要有铅酸电池和镍镉电池，也有二次锂系列电池。
其特点是能反复充放电、电动势高、结构简单、使用温度范围大、累计容量大。
镁离子电池PPT课件
五、电池材料
正极材料
理想的镁电池的正极材料，需要具备能量密度高，循环 性好特点，镁离子能够很好的可逆脱嵌，而且还要安全 性能好，环境友好，价格低廉。
镁离子电池的正极材料的研究主要是集中在过渡金属氧 化物（如Ｖ2Ｏ5 ，MoO3 ，MnO2 等）过渡金属硫化物 （如TiS2 ，MoS2等）、聚阴离子型磷酸盐材料和硅酸 盐材料（MgxFeSiO4 ）等
The main advantage of magnesium battery chemistry is the usage of magnesium metal anode due to its high capacity. However, insertion anodes have also been investigated. Reversible insertion of magnesium metal into metal alloy anodes (such as Bismuth/Antinomy or Tin) have been shown to be able to prevent anode surface passivation, but suffered from anode destruction due to high volumetric changes on insertion, as well as slow kinetics.
应用电化学论文-镁离子电池的研究进展
《应用电化学》课程论文题目镁离子电池的研究进展学院：化学与生物工程学院班级：研究生14级学号：*********姓名：许****任课教师：******2015年1月11日摘要高能量密度、大容量、高工作电压、低成本、环境友好的二次电池是未来储能电池技术的发展方向。
高比能的镁离子电池（MIBs）是以镁或镁合金为负极的二次电池，是一种重要的有望用于电动汽车的新型绿色储能电池。
镁离子电池发展缓慢的主要问题是镁离子在正极材料中扩散速度慢。
寻找高电压（大于3V）、高比能量、高可逆性的正极材料和与其匹配的电解液是实现镁离子电池第三次突破的关键。
关键词：二次电池，镁离子电池，正极材料目录摘要 (I)目录 (II)一绪论 (1)1.1 镁离子电池概述 (1)1.2 镁离子电池的特点 (3)1.3 镁离子电池的工作原理 (4)1.4 镁离子电池的研究现状 (5)二镁离子电池的构成 (7)2.1 负极材料 (7)2.2 电解液材料 (8)2.3 正极材料 (9)三镁离子电池存在的问题 (11)四结论与展望 (12)参考文献 (13)一绪论能源是经济技术发展的基础，更是人类社会发展的命脉。
近年来大量的中小型电器普及应用，以及汽车等大型耗能设备的推广和使用，使得世界能源出现前所未有的严峻形势。
化学电源作为人类的重要能源形式，得到了飞速的发展。
长期以来，实用性的可充电池体系主要包括：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。
这些体系都在人们生产、生活中发挥着巨大的作用。
但是随着人们生活水平的提高，环保意识的增强，对能源的使用和回收进行了严格的限制。
铅酸电池和镍镉电池的能量密度低，且对环境污染严重，必将逐步退出历史的舞台。
镍氢电池和锂离子电池具有较高的能量密度以及对环境友好等优越性能，是目前研究开发的热点。
但是，目前镍氢和锂离子大型动力电池还处于研发阶段，电池材料昂贵及操作的不安全性极大限制了这种电池的发展。
镁离子电池在价格和安全上具有显著的优势，是一种极具发展性的绿色环保电池，有望成为新一代高容量、大输出功率的动力电池体系，使价格低廉使用安全的大型动力电池真正走入人们的生活。
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3.3 正极材料
• 有许多材料被选作二次电池的插入/脱嵌正极 材料。大多数工作是针对Li+和碱金属离子的插入 反应进行的。对于镁离子来说，因为Mg2+电荷密 度大，往往以溶剂化形式插入“嵌入”材料，且 在“嵌入”材料中的移动也较困难，因而Mg2+比 Li+的嵌入更困难。目前，正极可嵌入材料主要集 中在无机过渡金属氧化物、硫化物、硼化物及其 它化合物。
• １．环境友好（相比铅酸、镍镉电池）；
• ２．高性能，大负荷；
• ３．安全问题（相对于锂电池，因为锂特别活泼， 尤其在大容量储电时易爆）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• ４．价格低廉
•
但是我们要注意到，镁电池的设计并不是为
了与锂电池竞争，而是应用在锂电池无法代替的
大负荷用途方面。但现在镁电池的开发出现了技
术“瓶颈”。不过预计镁离子电池会在上述问题
3.2 负极材料
• MM当gg快MxxMM的gxoo动M33SS力o443体 作学S4系阴速是极是度目基，进前于在出比镁M。较g有作成xM机为功o卤另的3S铝一例4中盐类子镁作型。离电的M子解Cgh/可质ev以，re相l化 合的两但物个由紧M，于密oM几堆6g何积Xx8M和，集o静镁团3S电可之4的因以间晶素可有体的逆12结限地个构制嵌可可，入能认这M位为g些置x是M空供Mo位镁3oS不原46中X可子8。集能插在团全入， 被占满，Aurbach提出这些空位可分为两类，在计 时电位图上显示的1.2V的平台是内部位置的占据， 1V的平台则是外部位置的占据。
• 实际上，热力学、动力学研究表明， 只有当嵌入到V2O5气凝胶中，镁的嵌入 电位才比锂的电位正200-300mV。一般 来说，嵌入到硫基电极材料中时，电位 在2V左右，氧基电极材料无论是镁嵌入 还是锂嵌入，电位均在3-4.5V左右，但 是也观察到别的电位区间。
镁空气电池研究进展_2022年学习资料
羡空气电他的优-点-◆储量丰富、价格便宜-◆清洁、安全-◆压降小、放电电压-◆理论电压和能量密 -100n从空气电池-中国件学视宁流江业机不师完规-地力位电池工程其警实
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 的性能-·提升镁自身的性能-①纯度一高纯度镁99.99%作为阳极可-以比某-增大比表面积，加速 应-些合金的腐蚀率更低-②形态-加速MgOH2沉淀
中性水溶液中可能的氧还原路径为：-02+2H20+4e=40H-①-02+H20+2e=H02 OH-②-HO,+H,O+2e=30H-③-2H02=20H+02-④-副反应的发生减缓了氧还 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 g-air batteries-类型-性能-贵金属-Pt,Pt-alloys,-催化活性高，过 压低-Pd,Cu,Ag...-4e反应过程-碳基材料-nanotubes,graphene-催 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 Co3Oa/r-GO,MnCoO/r-GO-催化活性与Pt相当，-4e反应过程，有希望-成为P 的替代品-含氮金属复合物-FeTMPP/C,CoTMPP/C-催化活性与Pt/C相当
表二镁阳极的分类-Table2 Types of Mg anode for Mg-air ba teries-Main constituents-Morphology-Propertiesimple Mg-Commercial Mg-High corrosion rate,larg negative-difference effect-Nano/mesoscale Mg-N nospheres-Better corrosion resistance and highanoplates-current density as well as higher rat -Nanorods-discharge ability than commercial Mgrchin-like-Mg-alloy-AZ31,AZ61,AZ91-Mg/Al/Zn-Bet er corrosion resistance,better-strength and tar ish resistance and-higher working voltage than ommercial-AM50,AM60,MA8M06-Mg/Al/Mn-Better corr sion resistance,smaller-crystalline grains and igher working-voltage than commercial Mg-Mg-Li lloys-Mg/Li-Better corrosion resistance,highernergy density and higher working
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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。