镁海水燃料电池——深海探测能源

近日，由中科院大连化物所醇类燃料电池及复合电能源研究中心金属燃料电池系统研究组王二东研究员团队研制的“镁/海水燃料电池及组合能源技术研究”顺利完成了3000米水深海试验收，实现了新型镁/海水燃料电池在深海装备上的首次实际应用。那镁海水燃料电池是什么？它又是如何工作的呢？让我们来了解一下。

一、镁海水燃料电池是什么

海水电池在20世纪40年代开始出现，通常指在海洋环境中工作并以海水作为电解质的化学电源。镁/海水燃料电池阳极为镁或镁合金，阴极根据不同的电池类型可以选用碳材料、碳载Pd-Ir、CuCl、AgCl和PbCl2等，利用海水中溶解的氧气为氧化剂，将金属镁的化学能转化为电能，一般采用开放式结构设计。

二、镁海水燃料电池有哪些分类

镁海水燃料电池可分为小功率镁海水电池、半燃料镁海水电池和大功率镁海水电池。其中小功率镁海水电池以镁为阳极，炭材料为阴极，海水作电解质，海水中溶解的氧气为氧化剂，一般为开放式结构。该电池由于电解质和O2直接取自海水，唯一消耗的是镁，因而具有很高的比能量，且结构简单、造价低廉、安全可靠、干存储时间无限长。半燃料镁海水电池主要以Mg/H2O2半燃料海水电池为主。与铝电极相比，采用镁电极可不添加NaOH等碱性电解质，能较大幅度提高比能量。但能承载的电流密度较Al/H₂O₂低，一般在50mA/cm²以下。大功率镁海水电池根据其正极材料的不同，还可细分为Mg/CuCl和Mg/AgCl两种，其中，后者目前被广泛应用于鱼雷中。

三、镁海水燃料电池有什么特点

根据镁海水燃料电池的构成，其最突出的特点就是不需要携带电解质，可以利用天然海水作为电解液。此外通过对电池结构的简化，电极材料的改变，以及工作环境海水本身具有压力和流动性等，镁海水燃料还具有能量密度高、安全性好、可全海深工作等优点，再加上镁海水燃料电池的电解质和氧气直接来自海水，唯一消耗的是金属镁，它还进一步拥有很高的比能量，因此被认为在深海着陆器、深海原位实验站等海洋装备领域具有很好的应用前景。

四、镁海水燃料电池有什么价值

人类社会的发展，离不开对各种资源的开发和利用。在陆地资源逐渐枯竭的今天，人们开始加速对海洋的开发和利用。而在进行深海探测时，为保证测试和监控设备能够长期稳定的工作，需要长期提供大量电能。镁离子电池的出现很好地满足了人们对于开发高性能、低成本、安全环保的大型充电电池的需求。此次测试的镁/海水燃料电池系统的最大下潜工作深度为3252米，累计作业时间为24.5小时，累计为系统供电达到了3.4千瓦时，充分验证了新型镁/海水燃料电池的深海供电能力及长时间放电稳定性。并且镁在海水中的含量十分丰富，还兼具安全性高和对环境无污染的特点，相信镁海水燃料电池的未来将越来越光明。

参考资料：

[1]我所承担的国家重点研发计划课题“镁/海水燃料电池及组合能源技术研究”完成海试验收.中国科学院大连化学物理研究所.2020.12.3

[2]大连化物所研制新型镁/海水燃料电池系统完成3000米水深海上试验.央广网.2020.12.4

[3]孙静, 刘辉, 齐元甲,等. 镁合金阳极材料的研究现状及应用[J]. 热加工工艺, 2020, v.49;No.532(06):35-39.

[4]林亚青. 镁海水电池用镁合金阳极材料的研究[D].天津大学,2015.

[5]林亚青, 王为, 桑林. 镁海水电池及镁阳极材料的研究进展[J]. 材料保护, 2015, 48(11):38-42.

[6]刘春娜. 镁离子电池及镁燃料电池的研发进展[J]. 电源技术, 2014, 38(9):1603-1603.