基于疏水-疏油膜的鎂空氣電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)及環(huán)境問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，尋找安全、清潔、高效的新型能源迫在眉。金屬-空氣電池具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度大、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在戶外供電、微小型電子設(shè)備、中型運(yùn)載工具、軍事等方面都有廣闊的應(yīng)用前景。然而這一類電池卻存在氣體擴(kuò)散性較差、孔道堵塞嚴(yán)重等問(wèn)題，還有待深入研究。本文通過(guò)采用疏水疏油膜取代目前研究的空氣電極中的氣體擴(kuò)散層，實(shí)現(xiàn)氣體擴(kuò)散層與空氣電極分離，并對(duì)鎂空氣電池進(jìn)行外部封裝，以研究疏水疏油膜的氣體擴(kuò)散性能和鎂空氣電池的電化學(xué)

2、性能，為氣體擴(kuò)散層和空氣電極的設(shè)計(jì)提供新思路。
　　我們通過(guò)溶膠-凝膠處理棉布和氨水腐蝕銅網(wǎng)，然后用有機(jī)物進(jìn)行表面修飾，制備了具有疏水和疏油性能的疏水、疏油膜，并對(duì)膜進(jìn)行了表征測(cè)試。通過(guò)SEM表征發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)溶膠-凝膠處理后的棉布及腐蝕后的銅網(wǎng)，其表面都形成了大量的粗糙結(jié)構(gòu)，這有利于提高膜的疏水、疏油性能。通過(guò)接觸角測(cè)試發(fā)現(xiàn)：棉布對(duì)水的接觸角為140°，銅網(wǎng)對(duì)油的接觸角為129°，表現(xiàn)出良好的疏水、疏油性。對(duì)處理后的棉布及銅網(wǎng)進(jìn)行長(zhǎng)

3、時(shí)間測(cè)試可知，棉布和銅網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間使用也不會(huì)出現(xiàn)電解液滲漏，依然能保持較好的疏水疏油性能。在同樣的進(jìn)氣流速下，疏水棉布和疏油銅網(wǎng)的排水量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的氣體擴(kuò)散層，分別為54 ml、53 ml，而傳統(tǒng)氣體擴(kuò)散層的排水量為19 ml。
　　將疏水膜用于鎂空氣一次電池中，并對(duì)電池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在該體系中，鎂空氣一次電池能長(zhǎng)時(shí)間保持較高的開(kāi)路電壓，約為1.4 V；電池的最大功密度約為40 mWcm-2；1cm×1.5cm×0.0

4、7 cm的鎂片能在該體系中放電5 h左右，與直接通氧氣的電池接近。說(shuō)明該疏水膜能起到較好的氣體擴(kuò)散作用，實(shí)現(xiàn)了氧氣的擴(kuò)散。
　　將疏油銅網(wǎng)膜用于鎂空氣二次電池中，研究了其對(duì)電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：較小的透氣面積便能為電池提供足夠的氧氣，使電池能在較大電流下放電；但該膜的氣體選擇性不好，空氣中的水分可通過(guò)其進(jìn)入電池參與反應(yīng)，生成Mg(OH)2，所以電池測(cè)試還需在無(wú)水條件下進(jìn)行；采用該膜組裝的鎂空氣二次電池的放電比容量及放電電壓比用