镁硫电池用镁基负极的制备与电化学性能

发布时间：2020-09-08 17:33

　　镁具有资源丰富、成本低、相对安全可靠、绿色无毒的特点,而且与锂呈现出相似的性质,因此镁基化学电源具有非常大的潜力。但是事实上,镁的化学性质非常活泼,表面极易形成一层钝化膜,产生“电压滞后”现象。此外,镁还存在自腐蚀速度较大、阳极极化严重等缺点。针对这些问题,本文采用涂布、蒸镀等方法,将少量的其他元素掺杂在镁负极中,制备出多种镁基复合材料。同时采用不同组分的镁基合金作为镁硫电池的负极。并综合运用电化学测试方法,结合SEM、XRD等分析表征手段,分析复合负极对镁硫电池充放电、循环稳定性等性能的影响。采用球磨压片的方法,经过不同球磨时间将镁粉与Super C65炭黑混合,制备出三种Super C65含量的镁碳材料。球磨法可以细化晶粒,起到减小镁负极的极化、增强电池循环稳定性的作用。Super C65的加入可以减小镁负极的电极极化,提高了输出电压。球磨14 h制备出的含有10%Super C65的镁碳材料作为负极时,电池的性能最优。该条件下所组装的镁硫电池的放电平台为1.2~1.3 V,首次放电比容量达到600 mAh/g。考虑到金属锂具有比较高的能量密度和电化学活性的特性,采用压片法、涂布法以及蒸镀法等三种方法将锂复合到镁负极当中,将所制备镁锂材料作为镁硫电池的负极。压片法中锂的加入可以有效减缓镁电极的“电压滞后”现象,抑制镁硫电池的负极极化问题。在涂布法中,油压机冷压破膜处理可以使钝化膜由于受到比较大的压力而发生断裂,增强电极与溶液之间的化学反应。虽然蒸镀法制备的锂镀层并不均匀,但是电池的活性有明显的提升,不仅提高了镁硫电池的放电平台,而且镁和锂均发挥了电化学活性;在1.7 V左右出现锂的高平台,1.3 V左右出现镁的低平台,硫电极的放电比容量达1400 mAh/g。总体来说,锂的加入,可以减小由于镁表面钝化膜的存在而产生的“电压滞后”现象,从而提高合金作为电池负极的理论比容量和放电电位,提升了负极的利用率。采用商业化的锂镁合金作为镁硫电池的负极,电池的放电平台及放电比容量得到了明显提升。利用镁锂合金为负极的镁硫电池的高平台出现在2.0 V附近,低平台出现在1.3 V左右,且首次放电比容量达到约1000 mAh/g。镁稀土合金作为负极时,可以提高电池的放电平台和比容量,提高电池的循环稳定性。熔盐电解法合成的三种不同锂含量的镁锂合金材料作为电池的负极,在Mg(TFSI)_2电解液体系中电化学性能都不是很理想。向其中加入浓度为0.5 mol/L的LiTFSI,发现电池的放电平台以及比容量均有了大幅度的提高,放电平台均有0.4 V左右的提升,而且电池的首次放电比容量也相应增加了约400 mAh/g。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912;TB33
【部分图文】：

示意图,一次电池,示意图

广泛关注[5]。简介主要包括镁一次电池、镁储备电池、镁空。下面对这些种类的电池进行简单介绍。时的美国镁业公司的 Wood Robert[6]及其同申请了专利。当时他设计的电池是以 Mg池中以 Mg 或是其合金为负极，二氧化锰MnO2。镁锰干电池有与普通锌锰干电池相似学性质活泼，在空气中极易形成钝化膜，膜主要是由一些不溶性的镁的氧化物如氧成的。正是因为如此，镁电极表面被其不覆盖，不能直接接触镁电极表面，Mg2+难间的化学反应，使其难以进行，造成“电

示意图,示意图,电池,电池自放电

作为各种各样的电池水下应用，例如救生圈，声纳浮标，鱼装置。因为其广泛应用，海水活化电池有许多国家得到了强水活化电池电化学电位的产生依赖于腐蚀电解质(海水)中的原金属氯化物阴极。该海水活化电池的放电性能是主要由阳池充放电电压和抑制电池自放电等方面，它起着至关重要的活化海水的电池的阳极，它是电池的核心部分，起着非常重适当的金属作为电池阳极[8]。在过去的几年里，有几种镁合金军事和商业应用。通常，AP65 合金具有标称值 Mg-6%Al-5%电子公司已经用于电子鱼雷的开发，镁合金阳极是其中之性，不是环境友好型材料。中南大学近年改进了 Mg-6%Al-水激活电池阳极的这项工艺，采用 Mg-9%Al-2.5%Pb 合金作阳极。这项工作的目的是减少 AP65 中的铅含量但维持其理想。结果改进的 Mg-9%Al-2.5%Pb 组成的镁海水激活电池与原自腐蚀性，同时抑制了电池自放电反应，从而导致电池具有

示意图,空气电池,示意图

电源的未来潜力而备受关注。然而，该研究主要集和铝空气电池。很少有关于中性盐水镁空气电池(即空气燃料电池使用中性盐水电解质代替苛性碱性溶有重要意义。镁空气燃料电池(MAFCs)已经大大发阳极候选物，具有很高的理论比电荷容量(2205Ah中性盐电解质和空气电极组成。在空气电极[14]上发(ORR)过程[16]。但是，镁在中性盐溶液中的自腐蚀电池效率低，而且还存在“电压滞后”现象等问题限制，因此需要进一步研究和开发镁空气电池在商年来，人们已经尝试各种方法来改进镁空气电池的纯镁改进为镁合金。例如，Ma 等研究了 Mg 的腐蚀为 3.5 %的 NaCl 溶液中使用 Mg-Li-Al-Ce 作为阳极，降低了电池的容量损失并提高阳极效率。Song 等金的腐蚀行为和电化学活性有显著影响。其滚动的表负的电化学活性和腐蚀速度更快。

【相似文献】