课件：镁离子电池.ppt

镁离子电池,锂空气电池,一、发展历程,发展背景： 1、能源环境危机 2、环境受到严重破坏 3、实现汽车电动化模式 4、高能量密度电池的需求,电池发展历史： 进入21世纪，人们面临着经济和环境的双重考验，就迫切的需要解决能源问题。 便捷、经济、绿色的能源已成为人类生活的重要组成部分。对高能量密度、长寿命、无污染电池体系的的开发，也就成为世界各国研究的热点。,主要类型：,1、 尖晶石型 MgCo0.66Mn1.34O4的合成及其作为镁离子 2、 v2o5作为镁离子电池正极材料的电池 3、 VOx/titanate 复合材料纳米棒的水热合成及其作为镁离子电池,4、 研究背景及意义 能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，也是直接影响经 济发展的一个重要因素。进入 21 世纪以来，人类面临着实现经济和社会可持续发 展的重大挑战，如何在资源有限和环保严格要求的双重制约下保持经济的高速发 展已成为全球热点问题,5、 目前已有的电池体系中，铅酸和镍镉电池中含有有害元素 Pb 和 Cd，用这些 原料制造的电池不仅笨重而且对环境具有潜在的危险性。锂离子电池以其高比能 量、没有极易效应和长寿命等优点，已经广泛应用于手机、笔记本电脑、微型摄 像机、IC 卡等便携式电子产品中，并对其它一些重要领域，如电动交通工具,6、 镁与锂处于周期表中的对角线上，根据对角线规则，它们有许多相似的性质。 镁是轻金属，密度 1.7，熔点 714，沸点 1412 ，硬度 2.0。镁是非常活 泼的金属，电负性为 1.31，标准电极电位-2.36V（vs.SHE）。镁作为电池负极材料， 其理论比容量高达 2.22Ah/g ，在常见的金属中仅比锂（3.68 Ah/g）,二 电池原理,目前镁电池仍未实现商业化。目前来看，主要技术难点有两个：首先是镁在电池中表面容易生成一层致密的钝化膜，当电池开始放电，镁要发生氧化反应时，钝化膜阻滞了这种反应，需要时间撕破这层钝化膜，反应才能顺利进行，学术界把这种现象称为“电压滞后现象”；再者，当镁表面的钝化膜撕破后，在镁电极上不但有需要的电极反应发生，同时电池内的水极易和镁反应，生成氢气，这是不希望发生的副反应，水是电池中的活性物质，水生成氢气，将使活性物质消耗致使电池容量下降，生成的氢气又容易使电池“气胀”。,原理图,目前，镁电池主要有镁锰干电池、储备型镁电池、镁离子二次电池三类。,镁锰干电池与普通锌锰干电池相似之处是随时可以放电，电池的结构与纸板式锌锰电池也有相似之处，正极二氧化锰炭包的组分和配比也基本相同，负极是一镁筒。电解液一般采用加有 Li2CrO4 缓蚀剂的Mg(ClO4)2或 MgBr2溶液，正负极之间的隔离纸上涂有凝胶材料。镁锰干电池的开路电压为 1.601.80V，工作电压为 1.31.4V,其荷电量比同体积锌锰干电池大一倍左右。,它有良好的温度适应性, 能在-2060oC 条件下使用，在储存期中其电荷量下降率每年仅 3左右,因此其储存寿命可长达5年。但该电池不宜长时间间歇地使用，使用开始时有电压滞后现象，使用完毕时电池体积会膨胀。镁二氧化锰干电池的电化学反应式为： Mg + 2MnO2 + H2OMg(OH)2 + Mn2O3,电极参数（理论计算）,（一）负极（Mg2+/Mg） 电化学当量：K=6.94/26.8=0.26g/(Ah) 理论比容量：C=1000/0.26=3846.15Ah/kg 理论比能量：Wt=nFE=1000/6.94*26.8*3.045=11711.53 Wh/kg =11.71153kWh/kg 理论功率密度：Pt=Wt/t= 11711.53W/kg （二）正极（O2/OH-） 电化学当量：K=32/26.8=1.19g/(Ah) 理论比容量：C=1000/1.19=840.34Ah