[發明專利]一種鎂基氫化物空氣電池

在審

• 申請號: 201810563418.1
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108682826A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 牛禧;苗鶴
• 申請（專利權）人: 重慶公共運輸職業學院;寧波大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/42;H01M4/46;H01M4/50;H01M4/52;H01M12/06
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本發明涉及電池領域，具體涉及一種以鎂基氫化物作為負極的金屬空氣電池領域。結合鎳氫電池的高功率密度特性和鎂空氣電池的高能量密度特性，本發明提供了一種鎂基氫化物空氣電池。本發明要解決的技術問題是提供一種鎂基氫化物空氣電池的陰、陽極的組分、結構和制備工藝。本發明所提供的鎂氫化物空氣電池的功率密度可達傳統鋅空氣電池的4倍，能量密度可達傳統Ni?MH電池的3倍。另外，本發明所提供的鎂氫化物空氣電池循環200次充放電后，容量保持率可達80%以上。

技術領域

本發明涉及電池領域，具體涉及一種以鎂基氫化物作為負極的金屬空氣電池領域。

背景技術

金屬空氣電池是一類特殊的燃料電池，也是新一代綠色二次電池的代表之一，具有成本低、無毒、無污染等優點，既有豐富的資源，還能再生利用，而且比氫燃料電池結構簡單，是很有發展和應用前景的新能源。

金屬空氣電池一般由正極、負極和電解液組成。其中，正極即空氣陰極，由催化劑、疏水層和導電層組成。電解液通常選用NaCl或KOH水溶液。負極一般選用活潑金屬(如鎂、鋁、鋅或其合金)。金屬空氣電池的電極反應如下式：

負極反應：M＝Mⁿ⁺+ne^-

正極反應：O₂+H₂O+e^-＝4OH^-

電池總反應：M+n/4O₂+n/2H₂O＝M(OH)_n

可見，金屬空氣電池在放電時，金屬M失去電子變成金屬離子Mⁿ⁺。氧氣在陰極變成OH^-離子，OH^-經電解液傳導至陽極，與Mⁿ⁺生成M(OH)_n。當金屬空氣電池的負極選用金屬鎂及其合金時，電解液一般選用NaCl水溶液，這是由于采用KOH會導致鎂表面鈍化，失去活性。然而，當陽極選用金屬Al或Zn時，電解液一般選用KOH溶液，這是為了提高OH^-的離子傳導能力，獲得高功率密度。金屬空氣電池的工作電壓一般在1.0V左右，能量密度可達400Wh/kg以上，為現有鋰離子電池的2倍，但其功率密度普遍較低，難于作為動力電池應用。

與鋁空氣電池和鋅空氣電池相似，鎳氫電池也采用KOH水溶液作為電解液。鎳氫電池正極活性物質為Ni(OH)₂，負極活性物質為金屬氫化物，也稱儲氫合金電極，電解液為6mol/L KOH溶液。鎳氫電池的電極反應如下式：

正極：Ni(OH)₂+OH^-＝NiOOH+H₂O+e^-

負極：M+H₂O+e^-＝MH_ab+OH^-

總反應：Ni(OH)₂+M＝NiOOH+MH

在上式中，M為儲氫合金，MH_ab為金屬氫化物。鎳氫電池的工作電壓一般為0.9～1.3V，功率密度較高，但其能量密度較低，一般不超過100Wh/kg，這限制了其進一步的應用。

發明內容

結合鎳氫電池的高功率密度特性和鎂空氣電池的高能量密度特性，本發明提供了一種鎂基氫化物空氣電池。本發明要解決的技術問題是提供一種鎂基氫化物空氣電池的陰、陽極的組分、結構和制備工藝。相較于鎂空氣電池，本發明所提供的鎂氫化物空氣電池具有較高的功率密度，相較于鎳氫電池，本發明所提供的鎂基氫化物空氣電池具有較高的能量密度。

本發明提供了一種鎂氫化物空氣電池的組件及其材料：