鎂海水燃料電池——深海探測能源

近日，由中科院大連化物所醇類燃料電池及復合電能源研究中心金屬燃料電池系統(tǒng)研究組王二東研究員團隊研制的“鎂/海水燃料電池及組合能源技術研究”順利完成了3000米水深海試驗收，實現(xiàn)了新型鎂/海水燃料電池在深海裝備上的首次實際應用。那鎂海水燃料電池是什么？它又是如何工作的呢？讓我們來了解一下。

一、鎂海水燃料電池是什么

海水電池在20世紀40年代開始出現(xiàn)，通常指在海洋環(huán)境中工作并以海水作為電解質的化學電源。鎂/海水燃料電池陽極為鎂或鎂合金，陰極根據(jù)不同的電池類型可以選用碳材料、碳載Pd-Ir、CuCl、AgCl和PbCl2等，利用海水中溶解的氧氣為氧化劑，將金屬鎂的化學能轉化為電能，一般采用開放式結構設計。

二、鎂海水燃料電池有哪些分類

鎂海水燃料電池可分為小功率鎂海水電池、半燃料鎂海水電池和大功率鎂海水電池。其中小功率鎂海水電池以鎂為陽極，炭材料為陰極，海水作電解質，海水中溶解的氧氣為氧化劑，一般為開放式結構。該電池由于電解質和O2直接取自海水，唯一消耗的是鎂，因而具有很高的比能量，且結構簡單、造價低廉、安全可靠、干存儲時間無限長。半燃料鎂海水電池主要以Mg/H2O2半燃料海水電池為主。與鋁電極相比，采用鎂電極可不添加NaOH等堿性電解質，能較大幅度提高比能量。但能承載的電流密度較Al/H?O?低，一般在50mA/cm2以下。大功率鎂海水電池根據(jù)其正極材料的不同，還可細分為Mg/CuCl和Mg/AgCl兩種，其中，后者目前被廣泛應用于魚雷中。

三、鎂海水燃料電池有什么特點

根據(jù)鎂海水燃料電池的構成，其最突出的特點就是不需要攜帶電解質，可以利用天然海水作為電解液。此外通過對電池結構的簡化，電極材料的改變，以及工作環(huán)境海水本身具有壓力和流動性等，鎂海水燃料還具有能量密度高、安全性好、可全海深工作等優(yōu)點，再加上鎂海水燃料電池的電解質和氧氣直接來自海水，唯一消耗的是金屬鎂，它還進一步擁有很高的比能量，因此被認為在深海著陸器、深海原位實驗站等海洋裝備領域具有很好的應用前景。

四、鎂海水燃料電池有什么價值

人類社會的發(fā)展，離不開對各種資源的開發(fā)和利用。在陸地資源逐漸枯竭的今天，人們開始加速對海洋的開發(fā)和利用。而在進行深海探測時，為保證測試和監(jiān)控設備能夠長期穩(wěn)定的工作，需要長期提供大量電能。鎂離子電池的出現(xiàn)很好地滿足了人們對于開發(fā)高性能、低成本、安全環(huán)保的大型充電電池的需求。此次測試的鎂/海水燃料電池系統(tǒng)的最大下潛工作深度為3252米，累計作業(yè)時間為24.5小時，累計為系統(tǒng)供電達到了3.4千瓦時，充分驗證了新型鎂/海水燃料電池的深海供電能力及長時間放電穩(wěn)定性。并且鎂在海水中的含量十分豐富，還兼具安全性高和對環(huán)境無污染的特點，相信鎂海水燃料電池的未來將越來越光明。

參考資料：

[1]我所承擔的國家重點研發(fā)計劃課題“鎂/海水燃料電池及組合能源技術研究”完成海試驗收.中國科學院大連化學物理研究所.2020.12.3

[2]大連化物所研制新型鎂/海水燃料電池系統(tǒng)完成3000米水深海上試驗.央廣網(wǎng).2020.12.4

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