面向海用的鎂空氣電池技術(shù)研究.pdf

1、鎂空氣電池是近些年發(fā)展起來的清潔、高效、環(huán)保的新型電池，該電池具有存儲(chǔ)性能好、環(huán)保無污染、比能量高等優(yōu)點(diǎn)。鎂空氣電池由于具有存儲(chǔ)時(shí)間長的特點(diǎn)，特別適合作為海上應(yīng)急儲(chǔ)備電源。但由于鎂空氣電池反應(yīng)產(chǎn)物 Mg(OH)2排出不及時(shí)會(huì)粘附在電極上影響電池的反應(yīng)速率甚至使電池發(fā)生不可逆的膨脹破壞，目前開發(fā)的陸地使用的鎂空氣電池可以依靠人工定期更換電解液，而投放到海面的鎂空氣電池人為更換海水電解液幾乎不可能。如何使鎂空氣電池在海上能夠自動(dòng)更換電解液的

2、同時(shí)又不消耗其自身的化學(xué)能是將鎂空氣電池應(yīng)用于海洋的技術(shù)關(guān)鍵。
　　首先，針對上述問題，本文首次提出了一種具有自動(dòng)更換電解液功能的鎂空氣電池結(jié)構(gòu)。為加大電池電壓和電池容量，提出了多腔串聯(lián)、圓周分布的鎂空氣電池設(shè)計(jì)方案；為實(shí)現(xiàn)電解液的自動(dòng)更換，提出了擺錘驅(qū)動(dòng)裝置。電解液更換裝置利用偏心擺錘吸收海浪的動(dòng)能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩后推動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn)。擺錘單向做功，棘輪和轉(zhuǎn)軸在單向軸承作用下只能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過減速器增大轉(zhuǎn)矩后將動(dòng)力傳遞給具有凸起結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)盤，

3、凸起觸碰到海水腔底部的閥門時(shí)能夠頂開閥門；凸起離開閥門時(shí)在其回復(fù)彈簧的作用下壓緊閥門，關(guān)閉海水腔，做到有序地為每個(gè)海水腔更換電解液，避免了各腔室同時(shí)連通產(chǎn)生內(nèi)耗。設(shè)計(jì)的鎂空氣電池樣機(jī)包括6塊鎂合金陽極和12塊空氣陰極；電池腔體內(nèi)均勻布置了6個(gè)空氣腔和6個(gè)海水腔，電池蓋板上對應(yīng)海水腔和空氣腔的位置開有逸氣孔和進(jìn)氣孔，作為氧氣和副反應(yīng)產(chǎn)物氫氣進(jìn)出的通道。在每個(gè)海水腔內(nèi)布置有鎂合金陽極和控制電解液進(jìn)出的閥門，并完成了電池的制造和組裝。

4、　　其次，通過AQWA仿真軟件對鎂空氣電池浮體的水動(dòng)力性能進(jìn)行仿真分析。頻域結(jié)果顯示在浪向角為90°時(shí)浮體RAO值最大，在波浪頻率為0.79Hz時(shí)電池浮體橫搖縱搖RAO值取得最大值。時(shí)域結(jié)果顯示在波高0.9m以下時(shí)，電池浮體橫搖角不超過30°，縱搖角不超過32°。以上分析結(jié)果顯示電池浮體在有效波高0.9m以下工作基本都是安全的。
　　最后，本文對電池電解液更換裝置和電池放電性能進(jìn)行了測試。電解液更換裝置測試結(jié)果顯示在橫搖角為25°