镁空气电池论文文献

盖世 汽车 讯 据外媒报道，现代生活对电的依赖越来越强，而对电力的不断需求也使得人们对更环保、更便携的能源需求越来越高。尽管风能和太阳能电池板是非常有前景的替代能源，但是由于此类能源的产量会受外部因素影响，因而非常不可靠。因此，从能源配置和经济角度来看，高能量的二次电池（可充电电池或蓄电池）才是未来的发展方向。东京理科大学（Tokyo University of Science）的Idemoto教授带领一组研究员，通过合成一种新型电极材料（金属化合物），成功逆转了离子的化学反应，解决了能源的浪费问题，为下一代可充电镁电池的生产奠定了重要基础。研究人员对该发现非常乐观，表示：“我们合成了一种岩盐，具有作为下一代二次电池正极材料的巨大潜力。” 电池是最受欢迎的便携式能源，由三个基本部件组成 – 阳极、阴极和电解液，该三部分相互发生化学反应，阳极产生额外的电子（氧化），电子被阴极吸收（还原），从而产生氧化还原反应。由于电解液抑制了阳极和阴极之间的电子流动，电子会优先在外部电路流动，从而导致电流或“电”流动。当阴极/阳极中的材料不能再吸收/脱落电子时，电池就“死了”。 但是，有些材料利用反向运行的外部电力，能够逆转此类化学反应，从而使材料回到原来的状态，此类可充电电池即手机、平板电脑和电动 汽车 等设备中的电池。 东京理科大学的Idemoto教授及其同事合成了取代钴的MgNiO2材料，有潜力成为新型阴极材料。Idemoto教授表示：“我们专注于使用多价镁离子作为可移动离子的可充电镁电池，有望实现能量密度高的下一代可充电电池。”最近，由于镁电池毒性低、容易实现逆转反应，使人们对利用镁作为高能量密度可充电电池的阳极材料产生了极大的兴趣。但是，由于缺乏合适的互补型阴极和电解液，很难实现。 在标准实验室技术的基础上，研究人员利用“反向共沉淀法”合成了此种新型盐，而且可从水溶液中提取此种新型岩盐。为了研究萃取盐的结构和晶格成像，研究人员采用了中子和同步X射线光谱学，换句话说，他们研究了粉末样品在中子或x射线照射下产生的衍射图样，同时，对岩盐种类进行理论计算和模拟，此类岩盐具有正极材料所需的“充放电行为”，使得他们能够根据生成的100个对称不同候选结构中能量最稳定的结构，来确定镁、镍和钴正离子在岩盐结构中的排列。 除了结构分析，研究人员还用三极电池和已知的参考电极在各种条件下进行充放电测试，以了解岩盐作为镁充电电池正极材料的电化学性能，发现可以根据镁的成分和镍/钴的比例来控制电池的特性。进行的结构和电化学分析使研究人员能够展示岩盐可作为正极材料，以及在不同环境下具有可靠性。 目前，二次电池行业主要以锂离子电池为主，在 汽车 和便携式设备中用于电力存储。但是，此类电池的能量密度和电力存储能力有限。然而，Idemoto教授表示，新型二次镁电池作为高能量密度的二次电池，有能力替代锂离子电池。

1前言 石油和天然气两种处于自然状态的烃类化合物能源具有不可再生性，随着化石燃料耗量的日益增加，终将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富的新的能源。氢能 就是这种能源，且氢能的研究同时还迎合了工业化国家日趋严格的环保政策，因而各国对氢能的研究变的日益活跃起来。 氢原子序数为1，常温常压呈气态，超低温、高压下又可成为液态。作为能源， 氢有以下特点： 1）氢是构成了宇宙质量的75％，存储量大。 2）氢的发热值高，是汽油发热值的3倍。 3）氢燃烧性好，点燃快，3％－97％范围内均可燃。 4）氢循环使用性好，燃烧反应生成的水可用来制备氢，循环使用。 5）氢利用形式多，可以产生热能、可用于燃料电池，或转换成固态氢作结构材料。 美国著名石油专家埃克诺米迪斯博士预测：主宰未来世界的能源将是氢能。 2氢能的主要应用领域 二航天 早在M战期间，氢即用作A－2火箭液体推进剂。1970年美国”阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。 目前科学家们正研究一种”固态氢”宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料，在飞行期间，飞船上所有的非重要零部件都可作为能源消耗掉，飞船就能飞行更长的时间。 交通 在超声速飞机和远程洲际客机上以氢作动力燃料的研究已进行多年，目前已进人样机和试飞阶段。据欧洲空客公司预测，到2004年，欧洲生产的飞机将部分采用液氢为燃料。德国戴姆勒一奔驰航空航天公司以及俄罗斯航天公司从1996年开始试验，其进展证实，在配备有双发动机的喷气机中使用液态氢，其安全性有足够保证。 美、德、法等国采用氢化金属贮氢，而日本则采用液氢作燃料组装的燃料电池示范汽车，已进行了上百万公里的道路运行试验，其经济性、适应性和安全性均较好。美国和加拿大计划从加拿大西部到东部的大铁路上采用液氢和液氧为燃料的机车。 ：民用 除了在汽车行业外，燃料电池发电系统在民用方面的应用也很广泛。氢能发电、氢介质储能与输送，以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经实现，有的正在开发，有的尚在探索中。燃料电池发电系统的开发目前也开发的如火如茶：以PEMFC为能量转换装置的小型电站系统和以SOFC为主的大型电站等均在开发中。 ：其它 以氢能为原料的燃料电池系统除了在汽车、民用发电等方面的应用外，在军事方面的应用也显得尤为重要，德国、美国均已开发出了以PEMFC为动力系统的核潜艇，该类型潜艇具有续航能力强，隐蔽性好，无噪声等优点，受到各国的青睐。 3 氢能应用的主要问题 ：氢气制备 氢气能否广泛使用，制氢工艺是基础，目前主要的制氢工艺主要包括： 1）采用矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及潮汐能等方式电解水制备氢气是目前的主要研究方向，其中以利用太阳能制氢的研究最多也最有前途； 2）热化学循环分解水制氢方法是在水反应系统中加人中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，且中间物不消耗； 3）光化学制氢是在有光照催化剂作用下，促使水解制得氢气； 4）矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法，如煤的焦化、煤的气化等； 5）生物质制氢是在将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法； 6）各种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。水电解制氢、生物质制氢等制氢方法，现已形成规模，其中，低价电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法，目前应用中尚需要降低电耗。 ：氢气一运输 工业实际应用中大致有五种贮氢方法，即： (1)常压贮存，如湿式气柜、地下储仓； （2）高压容器，如钢制压力容器和钢瓶； （3）液氢贮存：采用液氢贮存，就必须先制备液氢，生产液氢一般可采用三种液化循环，其中带膨胀机的循环效率最高，在大型氢液化装置上被广泛采用；节流循环，效率不高，但流程简单，运行可靠，所以在小型氢液化装置中应用较多。氦制冷氢液化循环消除了高压氢的危险，运转安全可靠，但氦制冷系统设备复杂，故在氢液化中应用不多。 （4）金属氢化物：当用贮氢合金制成的容器冷却和压人氢时，氢即被储存；加热这一贮存系统或降低其内部压力，氢就会释放出来。 目前金属氢化物合金体系主要有：l）LaNi5系合金；2）MnNi5系合金等；3）TiMn系合金；4）TiMn系合金（ABZ）；5）镁系合金；6）纳米碳等。 （5）除管道输送外，高压容器和液氢槽车也是目前工业上常规应用的氢气输送方法。 金属氢化物贮氢装置的开发 在氢的制备和贮存、输送问题解决后，下一步的研究就是氢化物贮氢装置的开发，目前主要包括以下两类： 固定式贮氢装置 固定式贮氢器其服务场合多种多样，容量则以大中型为主。美国开发的以合金为基体中型固定式贮氢器；日本则用贮氢合金开发了叠式固定装置；德国用TiMn2型多元合金开发的贮罐是由32个独立贮罐并联而成，容量为目前世界上最大的；我国浙江大学分别用（MmCaCu）（NiA1）5增压型贮氢合金、MINi4. 5 Mn0. 5合金分别开发了两种固定式装置。 移动式贮氢装置 移动式贮氢器除了携带运输氢气外，还可用于燃料电池氢燃料的存储。作为移动式装置要兼顾贮存与输送，因此要求重量轻、贮氢量大等问题。其中金属氢化物贮氢器不需附加设备（如裂解及净化系统），安全性高，适于车船方面应用；用常温型合金，质量贮能密度与 15 M Pa高压钢瓶基本相同，但体积可小得多。如德国海军的混合推进系统在潜艇，氧以液氧形式贮存，氢则以TIFe合金贮存。 目前工作的方向 在PEMFC已有技术基础上，除继续加强大功率PEMFC的关键技术研究外，还应注意PEMFC系统工程关键技术开发和系统技术集成，这是PEMFC发电系统走向实用化过程的关键。 在航空领域则要是解决氢能的贮存和生产成本问题，目前的一个研究趋势是开始将传统的机翼设计成为可以容纳更多液态氢的新型构造。 在汽车领域的问题主要是存在贮氢密度小和成本高两大障碍：以储氢合金贮氢为动力的汽车连续行驶的路程受限制，而以液氢为动力的主要是由于液氢供应系统费用过高而受到限制。 氢在航天动力方面已广泛应用，例如大容量镍氢电池等，但氢能的大规模的应用还有待解决以下关键问题：l）廉价的制氢技术；2）安全可靠的贮氢和输氢方法。 4 未来氢能经济社会的特色 随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，氢能应用范围必将不断扩大，氢能将深人到人类活动的各个方面，因而我们可以勾勒出未来氢能经济社会的一副大致图画： l）、化石能源（石油、煤炭、天然气）封存，留作化工原料； 2）、建立居家小型电站，取消远距离高压输电，通过管道网，送氢气至千家万户。 3）、各种类型空气一氢燃料电池成为普遍采用的发电工具。 4）、取缔内燃机动力，汽车、火车、飞机改用燃料电池，消灭了一切能源污染隐患和内燃机车噪音源。 5）、每个城市和家庭有能源供应和回收的完善循环系统。 6）取消火力发电，核电站、水利发电站、风力发电站、潮汐发电完成正常的电力供应后，剩余电力用于电解水制氢，作为储备能源。 5 我国发展氢能的对策 氢能的研究和应用是历史不可逆转的潮流，各国政府目前均对此展开了大量的研究，我国在这方面也投入了不少的人力、物力、财力，并取得了一定的成果，但我们也应该看到目前我们与工业化国家的差距，根据我国的国情制定相应的氢能发展战略，个人认为应包括以下的几点： (1)电解水制氢是获取氢源的重要途径，目前因耗电量大、电价高导至氢气成本高，推广使用受到限制，开发新型电解水制氢工艺，降低能耗也是一个重要的议题。 (2)各种新的制氢方法如从HZS制氢、从生物质制氢及用热化学法水分解制氢以及化工产品中副产品氢气的回收等应予以重视； (3)储氢材料的研究国内进行了较多的研究，但是目前很少有实用化的报道，因而开展科技成果的转化以及新型储氢和输氢装置的研究也尤为重要； (4)氢能未来应用的主要领域还是在燃料电池方面，我国开展这方面的研究也已经有一定基础，但主要是集中在研究燃料电池组件方面，对于系统集成等研究报道不多，同时由于资金和技术方面等因素，目前与国外还是有较大的差距，因而应加大投资力度，迎头赶上。 (5)氢能开发最有前景的方式是与太阳能结合，因而对于太阳能电池系统及材料的研究也应当引起足够的重视。 6结语 就环境保护和市场需求而言，洁净和成本是两个关键参数，光有洁净而成本过高就没有市场，因而目前降低氢能的利用成本成为当务之急，各工业化国家对这方面的研究都十分重视，其中美国政府决定今后五年为开发氢能拨款 17亿美元，力争到 2040年以前使每天的石油消耗量减少 1100万桶。世界上40家重要的汽车厂商中，已有25家决定考虑采用氢能，以适应日益严格的环保政策。因而虽然目前困难重重，但在不久的将来我们可以预见氢能的利用一定能够走进我们生活的方方面面。

镁电池将取代锂电池，手机内部电池将面临全面洗礼丨海能动力大家好，这里是镁极净-小镁。在目前这个新材料泛滥的时代镁合金对大部分人来说都并不陌生镁合金具有不错的节能和环保效益能够完全重熔再生了解化学元素的人都知道镁是一种有益于人体健康且可进行生物降解的元素因为镁的资源较为丰富因此得到了国家的高度重视镁电池将取代锂电池，手机内部电池将面临全面洗礼丨海能动力-有驾然而，至今为止镁合金依旧难以大规模地推广开来最主要的原因是因为镁合金的塑性差、难以加工成型纯净度较低，从而使得成本过高但是，这些年国家对于镁合金的研究已经有了技术性的突破早在2005年，重庆大学就已经就合金的设计思路给出了“固溶强化增塑”的新思路目前，镁合金最大的消费群体依旧是汽车产品以及3C数码产品就目前情况来看，这类消费群体的消费量在整个亚洲地区有超过5成以上平时对数码产品有研究的人就会发现目前许多的移动电子设备无论是壳体、背板、底板甚至是隔板用的都是镁合金有的甚至还应用在了手机基站的发射器支架镁电池将取代锂电池，手机内部电池将面临全面洗礼丨海能动力-有驾海能动力也根据镁离子的特性研发出了镁水电池、镁空电池以及注水镁电池但是目前，锂电池依旧在市场上居于领先地位甚至连今年的诺贝尔化学奖都颁给了曾经的锂电池研发先锋：约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰但是，根据海能动力了解锂电池在研发的过程中人就存在着存储能量低、环境污染严重，易燃易爆等缺陷且至今未有良好的解决方案随着时代的推移锂离子电池的劣势终会成为其被淘汰的原因镁离子电池则会因环保高效的优势完美取代锂电池一旦镁的开采能力以及镁离子电池原材料得以量产未来有一天，我们的手机内部的锂电池将会被镁电池完全取代镁极净—小镁，专注生活中的黑科技