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本发明涉及镁氧电池，具体地说是一种用于海水水下的镁氧电池，包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽，双氧水储槽置于氧气/水储槽的上方，双氧水储槽的下部通过管路与氧气/水储槽的上部相连接；在双氧水储槽内充填有双氧水，双氧水可依靠重力作用可通过管路流入氧气/水储槽内；双氧水储槽的部分或全部壳体采用柔性材料制成；于氧气/水储槽的中部或上部设置有双氧水分解催化剂层、双氧水进入氧气/水储槽后流过双氧水分解催化剂层分解生成氧气和水；氧阴极设置于氧气/水储槽的中上部的侧壁和/或上端的外壁面上，氧阴极与氧气/水储槽相连通，在氧阴极的外侧、即远离于氧气/水储槽的一侧设置有阳极，氧阴极与阳极之间留有空隙。其结构简单、应用方便。

Description

一种用于海水水下的镁氧电池
技术领域
本发明涉及镁氧电池，具体地说是一种用于海水水下的镁氧电池。
背景技术
近年来，随着科技的进步，人们对海洋资源的认识有了进一步的提高，海洋工程技术也取得了很大的发展，海洋开发越来越成为许多国家的重要战略计划。海洋遥感技术，海洋导航技术，深海探测技术，以及海洋军事技术等都离不开电源。由于海下实际工况的特殊性和复杂性，目前常规的一次电池和二次电池(如铅酸电池，镍氢电池，银锌电池，锂离子电池等)难以满足新型水下设备对长寿命，高容量，安全可靠电源的需求。
典型的镁-氧气电池包括金属镁或镁合金，氧气阴极，以及填充在阳极和阴极之间的碱金属盐(或其碱)的电解液(如KOH溶液，NaCl溶液等)。电池放电过程中，氧气与电解液中的水在氧气阴极发生还原反应生成阴离子(如OH-)，阴离子通过电解液迁移到金属阳极，与金属镁发生反应产生电子。例如，当以金属镁作为金属-氧气电池系统的阳极，氯化钠溶液作为电解液时，电池放电过程中，在两个电极上发生的电极反应及电极反应电势如下：
阳极反应：Mg→Mg2++2e-              E＝-2.37V
阴极反应：O2+2H2O+4e-→4OH-         E＝0.40V
电池反应：Mg+1/2O2+H2O→Mg(OH)2     E＝2.77V
与传统的一次电池和二次电池相比，首先，镁-氧气电池具有较高的比能量(单位为W·h/L或W·h/kg)，能够提供较高的输出电压(1.5-3V)。其次，金属镁储量丰富、价廉易得，而阴极氧还原催化剂为非贵金属，同时整个电池的结构简单、易于制备，因此使得电池生产的总成本大大降低。再次，镁-氧气电池的另外一个重要特点是其可以采用机械充电方式，即阳极金属镁完全消耗后，换用新的金属镁即可继续供电，充电时间非常短，只需要几分钟即可完成，延长了电池的使用寿命。另外，环保也是镁-氧气电池具有的另一个重要优点。目前常使用的化学电源都会对环境造成不同程度的污染，如锌锰电池含汞，铅酸电池含铅，镍镉电池含镉，而金属-氧气电池反应后的产物无毒，对环境无任何污染，这对生态保护，环境保护都具有深远的意义。
由于镁-氧气电池可以利用海水作为电解液，因此镁-氧气电池可以作为海底设备用电源，为海下设备提供电能。其以海水作为电池的电解液，不需要额外携带电解液，大大提高了电池的比能量。但是海水电池存在的两个主要问题是氧气的供给问题以及阴极侧氧气与电解液(海水)压力平衡的问题，
专利号为US4184009的美国专利提供了一种浮标金属空气电池，该电池将金属阳极浸在海水电解液中，阴极在水面以上，暴露在空气中，阳极和阴极间填充玻璃纤维和聚氯乙烯纤维复合成的纸状材料。电解液填充在该纸状材料中。此电池需要空气中的氧气作为去极化剂，其阴极必须与空气连通，因此，只能用于海面工作的设备。
专利号为CN1543001A的中国专利提供了一种镁海水电池，这种电池以海水为电解液，利用海水中的溶解氧作为阴极去极化剂，此电池虽然结构简单，但是其阴极效率很低，并且工作电流密度小，阴极面积大，同样限制了其应用范围，不适合用于水下动力电源等一些需要大功率的用电设备。过氧化物与水反应产生氧气，可以作为氧气的来源。尤其是双氧水含氧率高，常常作为供氧材料。其反应原理如下：
2H2O2→2H2O+O2
碱金属后碱土金属反应制氧原理如下：
Na2O2+H2O→2NaOH+1/2O2
2CaO2+H2O→2CaOH+3/2O2
本发明提出一种利用双氧水作为氧源，分解制氧为电池提供氧气。为利用双氧水分解产生的水，可采用碱金属或碱土金属与水反应作为二次供氧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、应用方便的用于海水水下的镁氧电池。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于海水水下的镁氧电池，包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽；
双氧水储槽置于氧气/水储槽的上方，双氧水储槽的下部通过管路与氧气/水储槽的上部相连接；在双氧水储槽内充填有双氧水，双氧水可依靠重力作用可通过管路流入氧气/水储槽内；
双氧水储槽的部分或全部壳体采用柔性材料制成；
氧气/水储槽中部和上部为氧气室、下部为水储槽，于氧气室的中部或上部设置有双氧水分解催化剂层、双氧水进入氧气室后流过双氧水分解催化剂层；
氧阴极设置于氧气室的侧壁和/或上端的外壁面上，氧阴极与氧气室相连通，在氧阴极的外侧、即远离于氧气室的一侧设置有阳极，氧阴极与阳极之间留有空隙；
水储槽与氧气室直接连通，水储槽内填充有碱金属过氧化物。
所述双氧水储槽与氧气室的连接管路上设有针形阀；
所述氧阴极与阳极为一组以上，每组的氧阴极与阳极均相互平行设置；
所述双氧水储槽、氧气/水储槽为密封连接结构，双氧水储槽采用柔性材料制成；氧气/水储槽的水储槽下部设置有带阀门的排水口；
所述氧阴极和的阳极通过导线与外界负载相连；
阳极为镁或镁合金金属板；氧阴极由气体扩散层和催化层构成；按质量含量计，气体扩散层由10-80％聚四氟乙烯及20-90％碳粉组成，催化层由10-30％聚四氟乙烯及70-90％的二氧化锰粉末组成。
所述双氧水分解催化剂为银、二氧化锰或钯中的一种或多种；
所述碱金属或碱土金属过氧化物为：过氧化钠、过氧化钾或过氧化钙中的一种或多种；
所述氧阴极粘敷于氧气/水储槽的中上部的侧壁和/或上端的外壁面上，并于粘敷处的氧气室壁上开有孔，氧阴极通过孔与氧气/水储槽相连通；
所述双氧水储槽上设置有加料口。
本发明具有以下优点：
本发明所述应用于水下具有氧气自动补给装置的镁-氧气电池系统，以双氧水作为液态储氧原料，其不但解决了水下用镁-氧气电池系统的供氧问题，可以实现氧气的自动补给，同时也解决了镁-氧气电池系统作为水下电源时阴极侧氧气与电解液(海水)的压力自动平衡问题。与采用氧气瓶等压力容器供氧方式相比，此装置结构简单，操作方便，同等体积下携带氧量更大，整个系统的气体压力与环境压力相同，所以也更为安全；与使用溶解氧相比，可以提够高氧气浓度，有利于提高电池性能。为实现镁-氧气电池系统在水下的应用解决了必要的技术难题。
附图说明
图1一种应用于水下具有氧气自动补给装置的镁-氧气电池系统示意图
其中，1双氧水储槽外壳；2为双氧水柔性储囊；3为针型流量调节阀；4为氧阴极；5镁或镁合金阳极；6为双氧水分解催化床；7为氧阴极隔离壁板；8为氧气/水储槽；9为碱金属或碱土金属过氧化物；10为排水口。
具体实施方式
一种用于海水水下的镁氧电池，包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽，
双氧水储槽置于氧气/水储槽的上方，双氧水储槽的下部通过管路与氧气/水储槽的上端相连接，且连接管路上设有针形阀；在双氧水储槽内充填有双氧水，双氧水可依靠重力作用可通过管路流入氧气/水储槽内；双氧水储槽为密闭液体储槽，双氧水储槽采用柔性材料制成；双氧水储槽上设置有加料口；
氧气/水储槽中部和上部为氧气室、下部为水储槽，水储槽与氧气室直接连通，水储槽内填充有碱金属过氧化物；所述碱金属或碱土金属过氧化物为：过氧化钠、过氧化钾或过氧化钙；
于氧气/水储槽的上部设置有双氧水分解催化剂层、双氧水进入氧气/水储槽后流过双氧水分解催化剂层；氧气/水储槽为方形密闭储槽，氧气/水储槽的下部设置有带阀门的排水口；
氧阴极与阳极为四组，阳极为镁或镁合金金属板；氧阴极由气体扩散层和催化层叠合而成；四个氧阴极的气体扩散层分别粘敷于氧气/水储槽的中上部的侧壁的外壁面上，并于粘敷处的氧气/水储槽壁面上开有孔，氧阴极通过孔与氧气/水储槽相连通，在氧阴极的催化层外侧设置有阳极，氧阴极与阳极之间留有空隙；每组的氧阴极与阳极均相互平行设置。
按质量含量计，气体扩散层由40％聚四氟乙烯及60％碳粉组成，催化层由50％聚四氟乙烯及50％的二氧化锰组成。所述双氧水分解催化剂为过渡金属或过渡金属盐，如银、二氧化锰、钯、铁氧体等。
应用时，本发明镁氧电池置于海水中，开启针形阀，双氧水可依靠重力通过管路流入氧气/水储槽内的双氧水分解催化剂层中进行分解，产生氧气，海水作为电解质充满氧阴极与阳极之间的空隙，构成一镁氧电池，氧阴极和的阳极通过导线与外界负载相连，进行放电。

Claims (9)

1.一种用于海水水下的镁氧电池，其特征在于：
包括氧阴极、阳极、双氧水储槽、氧气/水储槽；
双氧水储槽置于氧气/水储槽的上方，双氧水储槽的下部通过管路与氧气/水储槽的上部相连接；在双氧水储槽内充填有双氧水，双氧水可依靠重力作用通过管路流入氧气/水储槽内；
双氧水储槽的部分或全部壳体采用柔性材料制成；
氧气/水储槽中部和上部为氧气室、下部为水储槽，于氧气室的中部或上部设置有双氧水分解催化剂层、双氧水进入氧气室后流过双氧水分解催化剂层；
氧阴极设置于氧气室的侧壁和/或上端的外壁面上，氧阴极与氧气室相连通，在氧阴极的外侧、即远离于氧气室的一侧设置有阳极，氧阴极与阳极之间留有空隙；
水储槽与氧气室直接连通，水储槽内填充有碱金属过氧化物。
2.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于：所述双氧水储槽与氧气室的连接管路上设有针形阀。
3.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于：所述氧阴极与阳极为一组以上，每组的氧阴极与阳极均相互平行设置。
4.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于：所述双氧水储槽、氧气/水储槽为密封连接结构，双氧水储槽采用柔性材料制成；氧气/水储槽的水储槽下部设置有带阀门的排水口。
5.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于：所述氧阴极和阳极通过导线与外界负载相连；
阳极为镁或镁合金金属板；氧阴极由气体扩散层和催化层构成；按质量含量计，气体扩散层由10-80％聚四氟乙烯及20-90％碳粉组成，催化层由10-30％聚四氟乙烯及70-90％的二氧化锰粉末组成。
6.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于：所述双氧水分解催化剂为银、二氧化锰或钯中的一种或多种。
7.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于：所述碱金属或碱土金属过氧化物为：过氧化钠、过氧化钾或过氧化钙中的一种或多种。
8.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于：所述氧阴极粘敷于氧气/水储槽的中上部的侧壁和/或上端的外壁面上，并于粘敷处的氧气室壁上开有孔，氧阴极通过孔与氧气/水储槽相连通。
9.按照权利要求1所述的镁氧电池，其特征在于：所述双氧水储槽上设置有加料口。
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