中國(guó)粉體網(wǎng)訊  鎂是一種對(duì)環(huán)境友好的金屬，用鎂作電池的電極，可以有效降低電池對(duì)環(huán)境的污染。鎂空氣電池的構(gòu)造與普通的電池大體上沒(méi)有太大的不同，它由陰陽(yáng)兩極、電解液和隔膜組成。其中，陽(yáng)極部分是由鎂材料組成的。而陰極則是空氣，也就是說(shuō)，鎂空氣電池是一種金屬-空氣電池。

鎂空氣電池的工作原理是通過(guò)鎂和氧氣的反應(yīng)過(guò)程，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。具體來(lái)說(shuō)，在陰極一側(cè)，空氣和水蒸氣通過(guò)導(dǎo)電隔板進(jìn)入電池中，當(dāng)氧氣減少時(shí)，通過(guò)活性物質(zhì)的催化作用產(chǎn)生負(fù)離子和電子，這些電子從電解質(zhì)中流動(dòng)到陽(yáng)極，鎂離子則從陽(yáng)極向電解液中流動(dòng)，與氧氣相遇，從而形成氧化物和鎂離子的結(jié)合物質(zhì)，釋放大量熱量，在此過(guò)程中，電能得到了產(chǎn)生。

鎂在中性電解液或弱堿性電解液中有電活性，故可以采用中性鹽或弱堿性鹽作為電解液，提高鎂空氣電池的化學(xué)活性，制造出高性能的鎂空氣電池。通常采用濃度3.5%的NaCl水溶液作為電解液。

在20世紀(jì)60年代，美國(guó)GE公司就對(duì)中性鹽鎂燃料電池進(jìn)行了研究。隨后美國(guó)海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學(xué)以及BAE Systems公司共同研制成功了用于自主式潛航器的鎂-過(guò)氧化氫燃料電池系統(tǒng)。該電池采用海水作電解質(zhì)，鎂合金作陽(yáng)極材料，液態(tài)過(guò)氧化氫作陰極氧化劑。該電池提供了一個(gè)成本較低并且更為安全的高能動(dòng)力，是低速率、長(zhǎng)壽命的自主式潛航器的理想驅(qū)動(dòng)電源。

鎂-空氣電池優(yōu)勢(shì)

我國(guó)鎂資源充足，是世界上鎂資源最為豐富的國(guó)家之一，鎂資源礦石類型全，分布廣。同時(shí)我國(guó)是世界上最大的原鎂生產(chǎn)國(guó)，占全球總產(chǎn)量的80%以上。這意味著未來(lái)鎂電池一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，我國(guó)在新能源領(lǐng)域所需鋰資源對(duì)海外依存度將大幅下降，同時(shí)電池制造成本將顯著降低。

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一般電池的能量是儲(chǔ)藏在它的兩個(gè)電極材料內(nèi)的，而鎂-空氣電池則不同，只有陽(yáng)極即金屬電極儲(chǔ)存能量，空氣電極是轉(zhuǎn)變能量的工具。與其它原電池系統(tǒng)比較，它具有一個(gè)長(zhǎng)壽命的多孔陰極，其活性物質(zhì)來(lái)自周圍的空氣。因此，鎂-空氣電池既是儲(chǔ)能工具，又是一種燃燒電池。既可作為原電池用，又可以作為可充的電池用，只要不斷提供燃料金屬，就能連續(xù)地輸出電能。

中性鹽電解質(zhì)鎂-空氣燃料電池放電反應(yīng)

鎂燃料電池有望打開(kāi)低空飛行方面的應(yīng)用空間

根據(jù)中日合作MIJBC在2023年披露的鎂燃料電池投資項(xiàng)目，六個(gè)最小模塊容量為250Wh，最高輸出功率為250W、尺寸20cm×14cm×10厘米的鎂燃料電池單元組容量達(dá)409.2kWh、容量電池33kg，對(duì)比同容量鋰電池重量超200kg。鎂燃料電池可通過(guò)更換鎂燃料卡套實(shí)現(xiàn)反復(fù)多次使用。根據(jù)MIJBC的披露，鎂-空氣電池在無(wú)人機(jī)、飛行汽車上的飛行時(shí)間為3小時(shí)，高于鋰電池的23分鐘，主要形態(tài)為手動(dòng)式、薄膜型、片狀、圓盤(pán)型四種，均在美國(guó)和中國(guó)取得專利。

鎂燃料電池應(yīng)用于電動(dòng)車電堆相比鋰電池具有質(zhì)量輕、安全、可大量保存、換電速度快的優(yōu)點(diǎn)，同樣滿足低空航空器的電源需求，隨著相關(guān)技術(shù)的成熟有望打開(kāi)低空飛行方面的應(yīng)用空間。

參考來(lái)源:

耿健媛.鎂電池的研究進(jìn)展

矢部孝.鎂燃料體及鎂空氣電池

華寶證券

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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