CN101694893A - 以镁基金属氢化物为负极材料的空气电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高性能的空气电池领域，旨在提供一种以镁氢化物或镁基合金氢化物为负极材料的高容量空气电池。该空气电池以氯化铵水溶液、碱性溶液如KOH或NaOH的溶液、离子液体如氯代烷基咪唑、[bmin]OH中的任意一种为电解质，以阴离子交换膜或聚丙烯膜作隔膜隔断阳极和阴极；以镁氢化物或镁基合金氢化物作为空气电池的阳极活性物质。本发明中：使用镁基金属氢化物作为空气电池的阳极材料可大大提高空气电池的容量；可用于制造大功率空气电池以满足作为电动车电源的需要，减少大气污染，具有较高的社会效益和经济效益；电极材料生产过程无污染，完全绿色，成本低廉，有利于空气电池技术的普及。

Description

以镁基金属氢化物为负极材料的空气电池

技术领域

本发明涉及一种高性能的空气电池，具体地说，是一种以镁氢化物或镁基合金氢化物为负极材料的高容量空气电池。

背景技术

锌空气电池的发明已经有上百年的历史，1878年法国科学家L.梅谢在锌锰电池中用含铂的多孔性炭电极代替二氧化锰，首次开发出了锌空气电池的技术。1917年法国科学家C.费里用活性炭代替铂以吸收氧，达到了锌空气电池的实用化。1932年G.W.海泽与E.A.舒梅赫尔发表了采用碱性电解液的锌空气电池。60年代由于对宇航用常温燃料电池的氧电极的研究得到了很大的成功，大功率锌空气电池的开发才达到了实际应用阶段。70年代中期发展了微型纽扣式锌空气电池。1995年以色列电燃料(Electric Fuel)有限公司首次将锌空气电池用于电动车上，使得空气电池进入了实用化阶段。美国DreisbackElectromotive公司以及德国、法国、瑞典、荷兰、芬兰、西班牙和南非等多个国家也都在电动车上积极地推广应用锌空气电池。

锌空气电池是以空气中的氧气作为正极活性物质，并通过载体活性碳做成的电极与以锌为活性物质的负极进行反应的电池，它以KOH溶液或NH₄Cl作电解液。以KOH溶液为电解质时，其基本工作原理为电池负极上的锌与电解液中的OH^-发生电化学反应(阳极反应)，释放出电子。同时空气负极反应层中的催化剂与电解液及经由扩散作用进入电池的空气中的氧气相接触，吸收电子，发生电化学反应(正极反应)。其电极反应为：

负极电化学反应：Zn+2OH^-→ZnO+H₂O+2e

正极电化学反应：1/2O2+H₂O+2e→2OH^-

电池反应：Zn+1/2O₂→ZnO

锌电化学当量：0.82Ah/g，理论电压为1.6V，理论能量密度为1312Wh/Kg。

镁具有比锌更高的电化学当量，因此镁空气电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运、可使用温度范围宽(-20℃~80℃)及污染小等特点。作为一种高能化学电源，在可移动电子设备电源、自主式潜航器电源、海洋水下仪器电源、备用电源和电动汽车等方面具有广阔的应用前景。镁空气电池的负极电化学反应：

Mg+2OH^-→Mg(OH)₂+2e

正极电化学反应：

1/2O₂+H₂O+2e→2OH^-

电池反应：Mg+H₂O+1/2O₂→Mg(OH)₂

镁电化学当量为2.20Ah/g，镁空气电池的理论电压为3.09V，理论能量密度可达6798Wh/Kg，镁-空气电池具有比锌空气电池更大的能量密度。但是镁空气电池存在三个问题：(1)电压损耗大，(2)容量损失严重，(3)负极材料利用率低，(4)与锌空电池同样，需用铂或银作阴极催化剂，(5)空气中的二氧化碳有可能对碱性阳极液造成劣化。

为了解决上述问题，提高镁空气燃料电池的性能，必须提高负极材料的电化学当量，同时还需降低空气电池的成本，消除二氧化碳对阳极液的劣化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种比锌空气电池和镁空气电池容量更高的，以镁氢化物或镁基合金氢化物为负极材料的空气电池。

为解决上述技术问题，本发明中的空气电池以氯化铵水溶液、碱性溶液如KOH或NaOH的溶液、离子液体如氯代烷基咪唑、[bmin]OH中的任意一种为电解质，以阴离子交换膜或聚丙烯膜作隔膜隔断阳极和阴极。所述电解质浓度为1～6摩尔/升。

该空气电池以镁氢化物或镁基合金氢化物作为空气电池的阳极活性物质：镁氢化物或镁基金属氢化物可通过相应的镁或镁基金属进行氢化后获得。镁基金属可通过将各组分的纯金属熔融后获得，或者各组分的纯金属粉末通过高速行星磨球磨得到机械合金。

本发明中，空气电池的阳极通过下述方式制得：将粉末状的镁氢化物或镁基金属氢化物、导电高分子修饰的碳黑，与5wt.％的羧甲基纤维素钠溶液或5wt.％的聚乙烯醇溶液按质量比1∶0.1～0.5∶1～3的比例调制成浆料并充填于基材中，室温干燥后压制成阳极；所述基材为多孔金属材料或用导电纤维制成的多孔材料；在制得的阳极中，镁氢化物或镁基金属氢化物与基材的质量比为1∶0.05～0.5。

本发明中，所述多孔金属材料的基材是泡沫镍或泡沫铜，所述用导电纤维制成的多孔材料是铝、锌、镁、铁或碳纤维制成的多孔材料。

本发明中，所述空气电池以聚吡咯修饰的碳黑作为阳极添加剂，是通过下述方式制得：将碳黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳材料与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入0.05～0.1克质量的H₂O₂作为聚合反应的引发剂，室温搅拌3～10h；产物用温去离子水洗涤，真空干燥后制得以聚吡咯修饰的碳黑。

本发明中，所述空气电池以下述聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂中的至少一种作为阴极催化剂：聚吡咯修饰碳载氢氧化钴、聚吡咯修饰碳载氢氧化锰、聚吡咯修饰碳载氢氧化镍或聚吡咯修饰碳载氢氧化铁；

所述聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂通过以下方法制得：将碳黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳材料与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入1克质量的过渡金属的氯化物或其混合物作为聚合反应的引发剂；需加速吡咯聚合时，再加入0.05～0.1克质量的H₂O₂；室温搅拌3～10h后，加热至70～90℃；缓慢加入300ml浓度为0.1M L^-1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌30～60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70～90℃干燥6～12h后制得相应的聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂；所述过渡金属为下述的至少一种钴、锰、镍或铁。

本发明中，空气电池的阴极通过下述方式制得：

(1)制备聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂：

将碳黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳材料与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入1克质量的过渡金属的氯化物或其混合物作为聚合反应的引发剂；需加速吡咯聚合时，再加入0.05～0.1克质量的H₂O₂；室温搅拌3～10h后，加热至70～90℃；缓慢加入300ml浓度为0.1M L^-1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌30～60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70～90℃干燥6～12h后制得相应的聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂；所述过渡金属为下述的至少一种钴、锰、镍或铁；

(2)将聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂、水、5wt.％的聚四氟乙烯悬浊液和无水乙醇按照1∶3∶2～7∶3～6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸或碳布上，自然晾干即可，聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂与碳纸或碳布的质量比为1∶10～100。

本发明的有益效果是：

(1)使用镁基金属氢化物作为空气电池的阳极材料可大大提高空气电池的容量。

(2)可用于制造大功率空气电池以满足作为电动车电源的需要，减少大气污染，具有较高的社会效益和经济效益。

(3)电极材料生产过程无污染，完全绿色，成本低廉，有利于空气电池技术的普及。

说明书附图

图1为镁基金属氢化物空气电池的结构；

图2为镁氢化物空气电池的放电曲线。

具体实施方式

本发明将镁氢化物和镁基合金氢化物统称镁基金属氢化物，以其化学通式表示为MgM_xN_yH_z，式中：M为Al或Zn中至少一种；N为Ca、La、Ce、Ml或Mm中至少一种，其中Ml为富镧混合稀土，Mm为富铈混合稀土；式中的x为0～2，y为0～1，z＜4。

制备镁基金属氢化物的方法，包括下述步骤：

(1)按照原子配比为Mg∶M∶N＝1∶(0～2)∶(0～1)确定金属单体的镁、铝、锌和添加元素钙、镧、铈、富镧混合稀土及富铈混合稀土的用量，然后混合，并在氩气保护下加热至600℃～800℃，保温0.5～2小时后冷却，得到镁基合金；

(2)将得到的镁基合金用机械的方法破碎成粒径为2毫米以下的颗粒，置于不锈钢反应器中，升温至350℃，抽真空至反应器压力小于10^-3Torr，然后加氢升压至40大气压进行氢化；在200℃～450℃之间进行1～10次的升温降温，以达到放氢吸氢循环的目的，最后一次吸氢后冷却之室温，得到相应的镁基金属氢化物；

当铝、锌和添加元素用量均为零时，以金属镁单体为原料，直接实施步骤(2)。

另一种制备镁基金属氢化物的方法，包括下述步骤：

(1)按照原子配比为Mg∶M∶N＝1∶(0～2)∶(0～1)确定金属单体的镁、铝、锌和添加元素钙、镧、铈、富镧混合稀土及富铈混合稀土的用量，将各组分的金属粉末置于不锈钢球磨罐中使用高速行星磨，在氩气保护下球磨成镁基金属合金；

(2)将镁基机械合金置于不锈钢反应器中，升温至300℃，抽真空至反应器压力10^-3Torr以下，然后加氢升压至40大气压进行氢化；当反应器内氢压不再下降时，说明镁基金属合金已被氢化，形成镁基金属氢化物粉末；

当铝、锌和添加元素用量均为零时，将金属镁单体用球磨法破碎成粒径为2毫米以下的颗粒后，直接实施步骤(2)。

下面结合具体实施方式对本发明进一步详细描述：

实施例一：以MgH₂为阳极材料的镁氢化物空气电池

将碳黑分散到水中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸调节pH值为2.5，室温搅拌30min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.3，加入吡咯搅拌5min，然后加入双氧水(浓度为0.5wt.％)10毫升作为聚合反应的引发剂，室温搅拌10h后过滤，用去离子水洗涤过滤后，真空90℃干燥6h后制得聚吡咯修饰碳黑。

筛取粒径小于10微米的MgH₂细粉，将MgH₂细粉、聚吡咯修饰的碳黑与粘结剂羧甲基纤维素钠溶液(5wt.％)，按质量比1∶0.1∶1的比例调制成浆料涂敷到泡沫镍中，室温干燥后压制成型，得到镁氢化物空气电池的阳极。氢化物与泡沫镍的质量比为1∶0.5。MgH₂的电化学氧化反应为：MgH₂+4OH^-→Mg(OH)₂+2H₂O+4e

其电化学当量可达到4.06Ah/g。

将碳黑分散到水中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸调节pH值为2.5，室温搅拌30min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.3，加入吡咯搅拌5min，然后加入氯化钴作为聚合反应的引发剂，碳黑与氯化钴的质量比为1∶4，再加入双氧水(浓度为0.5wt.％)10毫升以加快聚合反应速度，室温搅拌10h后，加热至90℃；缓慢加入300ml浓度为0.1M L^-1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空90℃干燥6h后制得聚吡咯修饰碳载氢氧化钴催化剂。将催化剂、水、聚四氟乙烯悬浊液(5wt.％)和无水乙醇按照1∶3∶2∶3的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳布上，自然晾干后得到阴极。氢氧化钴与碳布的质量比为1∶100。

选择浓度为1M L^-1的氯化铵水溶液作为电解质，由阴离子交换膜将阴极与阳极、阳极液隔开，构成镁氢化物空气电池，其电池反应为：

MgH₂+O₂→Mg(OH)₂

理论电压为2.07V，理论能量密度可达8388Wh/Kg。

图2为该空气电池的放电曲线。

实施例二：以Mg₂CaH₆为阳极材料的镁基合金氢化物空气电池

将碳黑分散到甲醇中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入盐酸调节pH值为3，室温搅拌20min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.05，加入吡咯搅拌10min，然后加入双氧水(浓度为0.5wt.％)15毫升作为聚合反应的引发剂，室温搅拌3h后过滤，用去离子水洗涤过滤后，真空80℃干燥12h后制得聚吡咯修饰碳黑。

将Mg₂CaH₆细粉、聚吡咯修饰的碳黑、PVA水溶液(5wt.％)按质量比1∶0.5∶3混合调制成浆料涂敷到碳纤维毡中，室温干燥后压制成型，得到用作为空气电池的阳极，Mg₂CaH₆与碳纤维毡的质量比为1∶0.05。Mg₂CaH₆的电化学氧化反应为：

Mg₂CaH₆+12OH^-→2Mg(OH)₂+Ca(OH)₂+6H₂O+12e

Mg₂CaH₆的电化学当量可达到3.39Ah/g。

将碳黑分散到甲醇中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入盐酸调节pH值为3，室温搅拌20min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.05，加入吡咯搅拌10min，然后加入氯化锰作为聚合反应的引发剂，碳黑与氯化锰的质量比为1∶5，再加入双氧水(浓度为0.5wt.％)15毫升以加快聚合反应速度，室温搅拌3h后，加热至70℃；缓慢加入还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空80℃干燥12h后制得聚吡咯修饰碳载氢氧化锰催化剂。将催化剂、水、聚四氟乙烯悬浊液(5wt.％)和无水乙醇按照1∶3∶7∶6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸上，自然晾干后得到阴极。氢氧化锰与碳纸的质量比为1∶10。

选择氯代烷基咪唑作为电解质，由聚丙烯膜将阴极与阳极、阳极液隔开，构成镁基金属氢化物空气电池，其电池反应为：

电池反应为：Mg₂CaH₆+6O₂→Mg(OH)₂+Ca(OH)₂

实施例三：以Mg₁₂CeH₂₆为阳极材料的镁基合金氢化物空气电池

将碳黑分散到氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入盐酸调节pH值为3，室温搅拌10min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.1，加入吡咯搅拌5min，然后加入双氧水(浓度为0.5wt.％)20毫升作为聚合反应的引发剂，室温搅拌5h后过滤；用去离子水洗涤过滤后，真空70℃干燥10h后制得聚吡咯修饰碳黑。

将Mg₁₂CeH₂₆细粉、聚吡咯修饰的炭黑、PVA溶液(5wt.％)按质量比1∶0.3∶2混合调制成浆料涂敷到铝纤维毡中，室温干燥后压制成型，得到用作为空气电池的阳极。Mg₁₂CeH₂₆与碳纤维毡的质量比为1∶0.25。Mg₁₂CeH₂₆的电化学氧化反应为：

CeMg₁₂H₂₆+52OH^-→12Mg(OH)₂+Ce(OH)₂+26H₂O+52e

Mg₁₂CeH₂₆的电化学当量可达到3.04Ah/g。

将碳黑分散到氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入盐酸调节pH值为3，室温搅拌10min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.1，加入吡咯搅拌5min，然后加入氯化锰、氯化钴作为聚合反应的引发剂，碳黑与氯化锰、氯化钴的质量比为1∶2.5∶2.5，再加入双氧水(浓度为0.5wt.％)20毫升以加快聚合反应速度，室温搅拌5h后，加热至80℃；缓慢加入还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70℃干燥10h后制得聚吡咯修饰碳载氢氧化钴锰催化剂。将催化剂、水、聚四氟乙烯悬浊液(5wt.％)和无水乙醇按照1∶3∶4∶4的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸上，自然晾干后得到阴极。氢氧化钴锰与碳纸的质量比为1∶10。

选择[bmin]OH作为电解质，由聚丙烯膜将阴极与阳极、阳极液隔开，构成镁基金属氢化物空气电池，电池反应为：

Mg₁₂CeH₂₆+13O₂→12Mg(OH)₂+Ce(OH)₂

实施例四：以MgZnH₂为阳极材料的镁基合金氢化物空气电池

将MgZnH₂细粉、实施例一所得到的聚吡咯修饰炭黑、PVA溶液(5wt.％)按质量比1∶0.3∶0.1∶3混合调制成浆料涂敷到锌纤维毡中，室温干燥后压制成型，得到用作为空气电池的阳极。MgZnH₂的电化学氧化反应为：

MgZnH₂+6OH^-→Mg(OH)₂+ZnO+3H₂O+6e

MgZnH₂的电化学当量可达到1.75Ah/g，

将碳黑分散到氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入盐酸调节pH值为3，室温搅拌30min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.2，加入吡咯搅拌8min，然后加入三氯化铁作为聚合反应的引发剂，碳黑与氯化铁的质量比为1∶2.5，室温搅拌3h后，加热至80℃；缓慢加入还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空90℃干燥8h后制得聚吡咯修饰碳载氢氧化铁催化剂。将催化剂、水、聚四氟乙烯悬浊液(5wt.％)和无水乙醇按照1∶3∶5∶6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸上，自然晾干后得到阴极。氢氧化铁与碳纸的质量比为1∶100。

选择浓度为6M L^-1的KOH溶液作为电解质，由阴离子交换膜将阴极与阳极、阳极液隔开，构成镁基金属氢化物空气电池。

电池反应为：MgZnH₂+1.5O₂→Mg(OH)₂+ZnO

实施例五：以Mg₁₇Al₁₂H₃₄为阳极材料的镁基合金氢化物空气电池

将碳黑分散到水中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入冰乙酸调节pH值为2.5，室温搅拌30min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.25，加入吡咯搅拌10min，然后加入双氧水(浓度为0.5wt.％)10毫升作为聚合反应的引发剂，室温搅拌3h后过滤，用去离子水洗涤过滤后，真空90℃干燥12h后制得聚吡咯修饰碳黑。

将Mg₁₇Al₁₂H₃₄细粉、聚吡咯修饰的炭黑、CMC溶液(5wt.％)按质量比1∶0.3∶3混合调制成浆料涂敷到镁纤维毡中，室温干燥后压制成型，得到用作为空气电池的阳极。其电化学氧化反应：

Mg₁₇Al₁₂H₃₄+104OH^-→17Mg(OH)₂+12Al(OH)₃+34H₂O+104e

Mg₁₇Al₁₂H₃₄的电化学当量可达到3.61Ah/g，

将碳黑分散到水中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入冰乙酸调节pH值为2.5，室温搅拌30min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.25，加入吡咯搅拌10min，然后加入氯化镍作为聚合反应的引发剂，碳黑与氯化镍的质量比为1∶5，再加入双氧水(浓度为0.5wt.％)10毫升以加快聚合反应速度，室温搅拌3h后，加热至90℃；缓慢加入还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空90℃干燥12h后制得聚吡咯修饰碳载氢氧化镍催化剂。将催化剂、水、聚四氟乙烯悬浊液(5wt.％)和无水乙醇按照1∶3∶2∶3的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳布上，自然晾干后得到阴极。氢氧化镍与碳布的质量比为1∶50。

选择浓度为6M L^-1的KOH溶液作为电解质，由阴离子交换膜将阴极与阳极、阳极液隔开，构成镁基金属氢化物空气电池。电池反应为：

Mg₁₇Al₁₂H₃₄+18H₂O+26O₂→17Mg(OH)₂+12Al(OH)₃

实施例六：以Mg₁₆AlLa₂H₃₈Mg₁₇Al₁₂H₃₄为阳极材料的镁基合金氢化物空气电池

将碳黑分散到水中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入冰乙酸调节pH值为2.5，室温搅拌30min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.2，加入吡咯搅拌10min，然后加入双氧水(浓度为0.5wt.％)20毫升，室温搅拌3h后过滤，用去离子水洗涤过滤后，真空90℃干燥12h后制得聚吡咯修饰碳黑。

将Mg₁₆AlLa₂H₃₈细粉、聚吡咯修饰的炭黑、PVA溶液(5wt.％)按质量比1∶0.3∶3混合调制成浆料涂敷到铁纤维毡中，室温干燥后压制成型，得到用作为空气电池的阳极。

Mg₁₆AlLa₂H₃₈的电化学氧化反应为：

Mg₁₆AlLa₂H₃₈+79OH^-→16Mg(OH)₂+Al(OH)₃+2La(OH)₃+38H₂O+79e

Mg₁₆AlLa₂H₃₈的电化学当量可达到2.89Ah/g。

将碳黑分散到水中配成悬浊液，其质量比为1∶15，加入冰乙酸调节pH值为2.5，室温搅拌30min；碳黑、吡咯的质量比为1∶0.2，加入吡咯搅拌10min，然后加入氯化钴、氯化锰、氯化铁、氯化镍作为聚合反应的引发剂，碳黑与氯化钴、氯化锰、氯化铁、氯化镍的质量比为1∶1∶1∶1∶1，再加入双氧水(浓度为0.5wt.％)20毫升以加快聚合反应速度，室温搅拌3h后，加热至90℃；缓慢加入还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空90℃干燥12h后制得聚吡咯修饰碳载混合氢氧化物催化剂。将催化剂、水、聚四氟乙烯悬浊液(5wt.％)和无水乙醇按照1∶3∶2∶3的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳布上，自然晾干后得到阴极。氢氧化物与碳布的质量比为1∶50。

选择浓度为3M L^-1的KOH溶液作为电解质，由阴离子交换膜将阴极与阳极、阳极液隔开，构成镁基金属氢化物空气电池。

与空气构成氢化物空气电池时，电池反应为：

Mg₁₆AlLa₂H₃₈+1.5H₂O+19.75O₂→16Mg(OH)₂+Al(OH)₃+2La(OH)₃

最后，还需要注意的是，以上公布的仅是本发明的具体实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种以镁基金属氢化物为负极材料的空气电池，以氯化铵水溶液、KOH溶液、NaOH溶液、离子液体氯代烷基咪唑或[bmin]OH中的任意一种为电解质，以阴离子交换膜或聚丙烯膜作隔膜隔断阳极和阴极；其特征在于，该空气电池以镁氢化物或镁基合金氢化物作为空气电池的阳极活性物质。

2.根据权利要求1所述的空气电池，其特征在于，所述电解质浓度为1～6摩尔/升。

3.根据权利要求1所述的空气电池，其特征在于，该空气电池的阳极通过下述方式制得：将粉末状的镁氢化物或镁基金属氢化物、导电高分子修饰的碳黑，与5wt.％的羧甲基纤维素钠溶液或5wt.％的聚乙烯醇溶液按质量比1∶0.1～0.5∶1～3的比例调制成浆料并充填于基材中，室温干燥后压制成阳极；所述基材为多孔金属材料或用导电纤维制成的多孔材料；在制得的阳极中，镁氢化物或镁基金属氢化物与基材的质量比为1∶0.05～0.5。

4.根据权利要求3所述的空气电池，其特征在于，所述多孔金属材料的基材是泡沫镍或泡沫铜，所述用导电纤维制成的多孔材料是铝、锌、镁、铁或碳纤维制成的多孔材料。

5.根据权利要求1所述的空气电池，其特征在于，所述空气电池以聚吡咯修饰的碳黑作为阳极添加剂，是通过下述方式制得：将碳黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳材料与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入0.05～0.1克质量的H₂O₂作为聚合反应的引发剂，室温搅拌3～10h；产物用温去离子水洗涤，真空干燥后制得以聚吡咯修饰的碳黑。

6.根据权利要求1所述的空气电池，其特征在于，所述空气电池以下述聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂中的至少一种作为阴极催化剂：聚吡咯修饰碳载氢氧化钴、聚吡咯修饰碳载氢氧化锰、聚吡咯修饰碳载氢氧化镍或聚吡咯修饰碳载氢氧化铁；

所述聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂通过以下方法制得：将碳黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳材料与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入1克质量的过渡金属的氯化物或其混合物作为聚合反应的引发剂；需加速吡咯聚合时，再加入0.05～0.1克质量的H₂O₂；室温搅拌3～10h后，加热至70～90℃；缓慢加入300ml浓度为0.1M L^-1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌30～60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70～90℃干燥6～12h后制得相应的聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂；所述过渡金属为下述的至少一种钴、锰、镍或铁。

7.根据权利要求1所述的空气电池，其特征在于，该空气电池的阴极通过下述方式制得：

(1)制备聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂：

将碳黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳材料与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入1克质量的过渡金属的氯化物或其混合物作为聚合反应的引发剂；需加速吡咯聚合时，再加入0.05～0.1克质量的H₂O₂；室温搅拌3～10h后，加热至70～90℃；缓慢加入300ml浓度为0.1M L^-1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌30～60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70～90℃干燥6～12h后制得相应的聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂；所述过渡金属为下述的至少一种钴、锰、镍或铁；

(2)将聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂、水、5wt.％的聚四氟乙烯悬浊液和无水乙醇按照1∶3∶2～7∶3～6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸或碳布上，自然晾干即可，聚吡咯修饰碳载过渡金属氢氧化物催化剂与碳纸或碳布的质量比为1∶10～100。

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