[發明專利]一種用于海面的應急金屬海水電池

有效

• 申請號: 201711305402.2
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN109904477B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王二東;劉乾鋒;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M6/34
• 分類號: H01M6/34
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明是一種應急電源，具體而言，是一種金屬/海水電池。本電池同時具備金屬/水電池和金屬/空氣電池的特性，電池主要包括雙功能陰極，合金陽極，隔膜和電池殼體。電池結構為“三明治”構型，由兩片陰極夾一片陽極，電極之間由隔膜分開，電池殼為鏤空結構。本發明有效的結合了金屬/水電池和金屬/空氣電池的優點，當電池浮在海面時采用金屬/空氣電池和金屬/水電池雙模式放電，當電池浸滿海水時采用金屬/水電池模式放電，該雙模式電池可有效應對海面復雜的工作環境。本電池的貯存壽命長、穩定性好、質量比能量高、結構簡單，是一種理想的海面應急電源。

技術領域

本發明屬于電化學電源技術領域，具體而言涉及一種鎂合金或鋁合金陽極，具有氫析出催化活性的泡沫鎳基底上擔載有氧還原活性的過渡金屬氧化物或貴金屬催化劑的陰極，以海水或空氣中的氧氣為陰極燃料的應急用金屬/海水電池。

背景技術

海洋應急裝置是海上人員生命安全的保障，其中定位和求救系統可以有效減少搜救時間和難度，提升搜救成功率。定位和求救系統的電源供給是其正常工作的保障，貯存壽命長、穩定性好、安全性高、比能量高、成本低的電源是該系統的核心部件之一。

金屬/空氣電池，特別是鎂和鋁金屬/空氣電池，是海洋應急電源的理想選擇之一。鎂或鋁/空氣電池可以直接以海水為電解質，即海水激活，非激活狀態的貯存壽命長達20年以上，且電池的安全性好、比能量高且成本低廉，但金屬/空氣電池陰極不能完全浸沒在海水中，否者電池不能正常工作。海面環境復雜，很難保證電池不被海水淹沒，使得電池的使用穩定性下降，造成電池使用受限。鎂/水電池直接以海水為陰極燃料，當電池陰極被海水淹沒后，鎂/水電池正常放電，其可有效解決電池完全水淹問題；但傳統的金屬/空氣電池陰極難以滿足氫氣析出的要求。因此，設計同時具備氫氣析出和氧氣還原性能的電池陰極是復合兩種電池優點的關鍵。

發明內容

本發明針對傳統金屬/空氣電池海面適應能力的不足，通過設計電極結構和優化電極性能，制備具有氧還原和氫析出雙功能的電極，結合金屬/空氣電池和金屬/水電池優點，提升電池的環境適應能力從而提升電池的穩定性。

本發明專利包括如下技術方案：

一種用于海面的應急金屬/海水電池，電池包括氫析出和氧還原雙功能陰極、合金陽極、隔膜和電池殼體；

電池陽極為商業鎂合金或鋁合金板材，通常厚度為0.3-2mm；

電池陰極集流體為商業泡沫鎳，泡沫鎳通常厚度為0.2-3mm，其主要作用為集流和催化氫析出反應；

電池陰極氧還原催化劑為過渡金屬錳、鈷的氧化物的一種或二種以上，氫析出催化劑為貴金屬鉑和電極基底本身。其中，過渡金屬氧化物主要制備方法包含氫氣氣泡模板法、電化學氧化法和高溫轉化；貴金屬催化劑的制備方法為化學置換法。

過渡金屬氧化物制備方法：將泡沫鎳基底在含有0.01-1mol/L的氯化錳、氯化鈷中的一種或兩種鹽溶液，以及0.1-4mol/L的氯化銨溶液中，進行電流密度在10-1000mA/cm²電化學沉積，在基底表面得到直徑為0.2-3μm顆粒；取出洗凈后在濃度為0.1-7mol/L堿性溶液中進行電化學氧化，氧化方式為循環伏安法、恒電位法、恒電流法中的一種或兩種以上；將氧化后的電極于200-500℃煅燒，時間為0.5-5h，得到過渡金屬氧化物催化劑。

貴金屬鉑催化劑制備方法：將上述制備的電極浸泡在氯鉑酸鉀溶液中，在60-90℃條件下反應4-12h，得到過渡金屬氧化物表面覆蓋有鉑載量為10-100μg cm^-2的電極。

電池隔膜為PP或PE，或PP與PE的混紡，厚度為0.1-0.5mm，具有好的親水性能和機械強度；

電池殼為絕緣高分子材料，ABS或PC，材料具備一定的機械強度，厚度為1-3mm，電池殼為鏤空結構，以便于海水的排出和進入，以及氧氣和氫氣的擴散。