CN105489834A - 一种镁海水电池阳极及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁海水电池阳极及制造方法，包括镁合金阳极柱和集流柱；镁合金阳极柱和集流柱均为圆柱形结构，集流柱设有外螺纹，在镁合金阳极柱的上底面开设有与集流柱连接的圆柱形螺纹洞；螺纹洞的深度小于镁合金阳极柱的高度，螺纹洞包括靠近开口的上段部分和远离开口的下段部分；下段部分设有与集流柱连接用的内螺纹，上段部分的内径大于下段部分的内径，且上段部分内壁的粗糙度范围是1-6μm；集流柱的一端伸入镁合金阳极柱的下段部分；集流柱的另一端连接有导线；在镁合金阳极柱的上表面涂刷有上底面防锈层；在上底面防锈层上涂刷有上底面灌注密封层；在镁合金阳极柱的下表面涂刷有下底面防锈层；在下底面防锈层上涂刷有下底面密封层。
Description
技术领域
本发明涉及一次电池技术领域，特别是涉及一种镁海水电池阳极及制造方法。
背景技术
镁海水溶解氧电池或镁海水电池是一次电池，采用金属镁合金作为负极，以惰性碳电极作为正极，电池采用开放式结构，浸入海水中即可稳定工作。利用海水中含有的溶解氧作为阴极活性物质在碳正极表面还原发电。由于该电池的功率主要受限于惰性阴极对氧气的催化速度，海水中低的溶解氧浓度有限，决定了电池只能以低功率输出，所以该镁-海水电池主要用于低功率、长时间运行的深海监测装备。
电池反应如下：
阳极反应：Mg→Mg2++2e-
阴极反应：O2+2H2O+4e-→4OH-
在阳极一般金属Mg同时还存在自腐蚀过程：Mg+2H2O→Mg2++2OH-+H2
由于海水中溶解氧的含量是无限的，因此电池的容量完全是由金属阳极一侧决定，提升电池能量最简单的方式就是加长或加粗镁合金的体积，电池的其它结构可基本不做改变。
镁-海水电池在深海中应用具有诸多优点：①电池采用开放式结构，不需要耐压容器的保护，电池系统重量和成本大幅度降低；②电池以干态方式贮存，无自放电，贮存寿命长；③电池在运输过程中，不含电解液和正极活性物质，携带重量大大减轻；④电池正极活性物质来自于海水中的溶解氧，是取之不尽的，且碳电极本身不发生反应，结构非常稳定，电极寿命可长达十几年以上；⑤电池本身不含易燃爆的物质，安全性能非常好；⑥电池反应对海洋环境生态不造成任何破坏和影响；⑦作为负极活性物质的金属镁材料在我国储量丰富，廉价易得，利于降低电池成本；⑧可通过简单的增加金属镁棒的体积来提高电池容量和续航时间；⑩电池可采用机械再充方式，由水下机器人对镁棒进行更换，维护成本相对较低。
专利申请CN200310113951.1“镁海水电池”提到了一种镁海水电池，电池阳极采用镁合金，惰性阴极采用铜合金、碳钢、不锈钢和石墨，结构是以镁合金阳极圆柱为中心，若干片阴极在其一侧或四周呈放射状排列，阴极采用片状并联，海水在阴极和阳极间尽可能通畅地流动；电池有框架，框架上安装阴极和阳极，框架允许并促进海流在阴阳极间流动，尤其是在阴极表面流动，以促进海水中溶氧快速向阴极表面扩散。专利CN201010563787.4“一种溶解氧型海水电池”提出了一种溶解氧型海水电池，电池结构包括电池框架、板状金属阳极、板状惰性阴极、集流部件及电流导线，电池框架由上底座和下底座构成，上底座和下底座分别由外圆环及设置于其中部的固定件构成，固定件与外圆环通过连接件固接，n个板状金属阳极插置于连接件上，构成圆柱状或圆台状结构，沿外圆环的径向方向、于板状金属阳极间插设有板状惰性阴极，板状惰性阴极固接于上底座和下底座的固定件与外圆环上，采用电流导线分别将n个惰性阴极和n个金属阳极串联焊接，构成电池的阴极和阳极，阳极由Al、Mg、Li、Zn或其合金，惰性阴极采用碳毡、碳板、铜合金、碳钢。
对于镁海水电池阳极来说，镁合金阳极的自腐蚀与电极的表面面积成正比，在电流密度小于300mA/cm2时，镁阳极的利用率与电流密度成正比，所以为了提高镁阳极的利用率，应该尽可能降低镁阳极的表面积、提高电流密度，因此在保证镁海水电池的总容量所需要的镁合金质量的前提下，采用最小的表面面积，一般采用圆柱形。同时希望只有圆柱的侧面参加反应，而上下底面不反应，这样随着反应的进行，镁阳极柱直径逐渐减小而高度不变，以保证镁阳极的结构稳定性。
上述专利或专利申请中，无论是以镁合金阳极圆柱为中心，若干片阴极在其一侧或四周呈放射状排列，还是阴阳极交替排列，都没有对镁阳极的上下底面进行处理，上下底面都裸露在海水中，随着反应的进行，镁阳极不但侧面积变小，高度也变短，当短到一定程度时，镁阳极极有可能从电池上脱落下来，或者固定不牢固，在海水的冲击下上下左右摆动，造成镁海水电池性能恶化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种镁海水电池阳极及制造方法；该专利将镁海水电池的阳极柱的上下底面用多层材料密封，密封材料与镁合金结合力好，耐海水腐蚀，长期稳定。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种镁海水电池阳极，包括镁合金阳极柱(1)和集流柱(2)；其中：所述镁合金阳极柱(1)和集流柱(2)均为圆柱形结构，所述集流柱(2)设有外螺纹，在所述镁合金阳极柱(1)的上底面开设有与集流柱(2)连接的圆柱形螺纹洞；所述螺纹洞的深度小于镁合金阳极柱(1)的高度，所述螺纹洞包括靠近开口的上段部分和远离开口的下段部分；其中：所述下段部分设有与集流柱(2)连接用的内螺纹，所述上段部分的内径大于下段部分的内径，且所述上段部分内壁的粗糙度范围是1-6μm；所述集流柱(2)的一端伸入镁合金阳极柱(1)的下段部分；所述集流柱(2)的另一端连接有导线(7)；在所述镁合金阳极柱(1)的上表面涂刷有上底面防锈层(3)；在所述上底面防锈层(3)上涂刷有上底面灌注密封层(5)；在所述镁合金阳极柱(1)的下表面涂刷有下底面防锈层(4)；在所述下底面防锈层(4)上涂刷有下底面密封层(6)。
进一步：所述集流柱(2)采用不锈钢或钛制成。
所述上底面防锈层(3)和下底面防锈层(4)采用环氧锌黄底漆或环氧腻子。
所述上底面灌注密封层(5)和下底面密封层(6)采用环氧树脂或环氧面漆。
所述镁合金阳极柱(1)的直径为100mm，高度为800mm，上段部分的内径为26mm，
上段部分的深度为80mm，下段部分的内径为20mm，下段部分的深度为270mm。
所述上底面防锈层(3)和下底面防锈层(4)的厚度为3mm。
所述集流柱(2)的直径为20mm，高度为400mm。
所述上底面灌注密封层(5)和下底面密封层(6)的厚度为3mm。
一种镁海水电池阳极的制造方法；包括如下步骤：
步骤一、在所述集流柱(2)的一端焊接导线(7)；
步骤二、在所述镁合金阳极柱(1)的两个端面涂刷防锈层，即在镁合金阳极柱(1)的两个端面形成上底面防锈层(3)和下底面防锈层(4)；待防锈层晾干后在镁合金阳极柱(1)的下端面涂刷下底面密封层(6)，待所述下底面密封层(6)晾干后将集流柱(2)旋入镁合金阳极柱(1)上的螺纹洞；
步骤三、固定镁合金阳极柱(1)，从所述镁合金阳极柱(1)连接集流柱(2)的一端开始灌注环氧树脂，此时在上底面防锈层(3)的上表面形成上底面灌注密封层(5)；在集流柱(2)的裸露面、镁合金阳极柱(1)和集流柱(2)之间的缝隙处均形成上底面灌注密封层(5)；
步骤四、自然环境下干燥24小时，得到镁海水电池阳极。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明与现有技术相比，将镁阳极柱的上下底面密封，阻碍了上下底面参与反应，保护了镁阳极在反应过程中高度不变，增加了镁阳极和镁海水电池的结构稳定性，有利于提高镁海水电池的长期放电稳定性。
附图说明：
图1为本发明优选实施例的结构示意图；
其中：1、镁合金阳极柱；2、集流柱；3、上底面防锈层；4、下底面防锈层；5、上底面灌注密封层；6、下底面密封层；7、导线。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种镁海水电池阳极，包括镁合金阳极柱1和集流柱2；其中：所述镁合金阳极柱1和集流柱2均为圆柱形结构，所述集流柱2设有外螺纹，在所述镁合金阳极柱1的上底面开设有与集流柱2连接的圆柱形螺纹洞；所述螺纹洞的深度小于镁合金阳极柱1的高度，所述螺纹洞包括靠近开口的上段部分和远离开口的下段部分；其中：所述下段部分设有与集流柱2连接用的内螺纹，所述上段部分的内径大于下段部分的内径，且所述上段部分内壁的粗糙度范围是1-6μm，下段部分与集流柱以螺纹方式连接固定后，在集流柱2与螺纹洞上段部分之间形成了环形空隙，该环形空隙内灌注密封材料形成上底面密封层的一部分，保证了密封层连续无死角，保护镁合金阳极和集流柱不受海水侵蚀。
所述集流柱2的一端伸入镁合金阳极柱1的下段部分；所述集流柱2的另一端连接有导线7；在所述镁合金阳极柱1的上表面涂刷有上底面防锈层3；在所述上底面防锈层3上涂刷有上底面灌注密封层5；在所述镁合金阳极柱1的下表面涂刷有下底面防锈层4；在所述下底面防锈层4上涂刷有下底面密封层6。
进一步：所述集流柱2采用不锈钢或钛制成。
所述上底面防锈层3和下底面防锈层4采用环氧锌黄底漆或环氧腻子。
所述上底面灌注密封层5和下底面密封层6采用环氧树脂或环氧面漆。
所述镁合金阳极柱1的直径为100mm，高度为800mm，上段部分的内径为26mm，
上段部分的深度为80mm，下段部分的内径为20mm，下段部分的深度为270mm。
所述上底面防锈层3和下底面防锈层4的厚度为3mm。
所述集流柱2的直径为20mm，高度为400mm。
所述上底面灌注密封层5和下底面密封层6的厚度为3mm。
上述尺寸是根据镁海水电池容量要求设计并根据实验优化获得的，采用这种尺寸的镁海水电池阳极结构稳定，耐腐蚀性和放电性能好。
一种镁海水电池阳极的制造方法；包括如下步骤：
步骤一、在所述集流柱2的一端焊接导线7；
步骤二、在所述镁合金阳极柱1的两个端面涂刷防锈层，即在镁合金阳极柱1的两个端面形成上底面防锈层3和下底面防锈层4；待防锈层晾干后在镁合金阳极柱1的下端面涂刷下底面密封层6，待所述下底面密封层6晾干后将集流柱2旋入镁合金阳极柱1上的螺纹洞；
步骤三、固定镁合金阳极柱1，从所述镁合金阳极柱1连接集流柱2的一端开始灌注环氧树脂，此时在上底面防锈层3的上表面形成上底面灌注密封层5；在集流柱2的裸漏面、镁合金阳极柱1和集流柱2之间的缝隙处均形成上底面灌注密封层5；
步骤四、自然环境下干燥24小时，得到镁海水电池阳极以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种镁海水电池阳极，其特征在于：包括镁合金阳极柱(1)和集流柱(2)；其中：所述镁合金阳极柱(1)和集流柱(2)均为圆柱形结构，所述集流柱(2)设有外螺纹，在所述镁合金阳极柱(1)的上底面开设有与集流柱(2)连接的圆柱形螺纹洞；所述螺纹洞的深度小于镁合金阳极柱(1)的高度，所述螺纹洞包括靠近开口的上段部分和远离开口的下段部分；其中：所述下段部分设有与集流柱(2)连接用的内螺纹，所述上段部分的内径大于下段部分的内径，且所述上段部分内壁的粗糙度范围是1-6μm；所述集流柱(2)的一端伸入镁合金阳极柱(1)的下段部分；所述集流柱(2)的另一端连接有导线(7)；在所述镁合金阳极柱(1)的上表面涂刷有上底面防锈层(3)；在所述上底面防锈层(3)上涂刷有上底面灌注密封层(5)；在所述镁合金阳极柱(1)的下表面涂刷有下底面防锈层(4)；在所述下底面防锈层(4)上涂刷有下底面密封层(6)。
2.根据权利要求1所述的镁海水电池阳极，其特征在于：所述集流柱(2)采用不锈钢或钛制成。
3.根据权利要求2所述的镁海水电池阳极，其特征在于：所述上底面防锈层(3)和下底面防锈层(4)采用环氧锌黄底漆或环氧腻子。
4.根据权利要求3所述的镁海水电池阳极，其特征在于：所述上底面灌注密封层(5)和下底面密封层(6)采用环氧树脂或环氧面漆。
5.根据权利要求4所述的镁海水电池阳极，其特征在于：所述镁合金阳极柱(1)的直径为100mm，高度为800mm，上段部分的内径为26mm，上段部分的深度为80mm，下段部分的内径为20mm，下段部分的深度为270mm。
6.根据权利要求5所述的镁海水电池阳极，其特征在于：所述上底面防锈层(3)和下底面防锈层(4)的厚度为3mm。
7.根据权利要求6所述的镁海水电池阳极，其特征在于：所述集流柱(2)的直径为20mm，高度为400mm。
8.根据权利要求7所述的镁海水电池阳极，其特征在于：所述上底面灌注密封层(5)和下底面密封层(6)的厚度为3mm。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的镁海水电池阳极的制造方法；其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在所述集流柱(2)的一端焊接导线(7)；
步骤二、在所述镁合金阳极柱(1)的两个端面涂刷防锈层，即在镁合金阳极柱(1)的两个端面形成上底面防锈层(3)和下底面防锈层(4)；待防锈层晾干后在镁合金阳极柱(1)的下端面涂刷下底面密封层(6)，待所述下底面密封层(6)晾干后将集流柱(2)旋入镁合金阳极柱(1)上的螺纹洞；
步骤三、固定镁合金阳极柱(1)，从所述镁合金阳极柱(1)连接集流柱(2)的一端开始灌注环氧树脂，此时在上底面防锈层(3)的上表面形成上底面灌注密封层(5)；在集流柱(2)的裸露面、镁合金阳极柱(1)和集流柱(2)之间的缝隙处均形成上底面灌注密封层(5)；
步骤四、自然环境下干燥24小时，得到镁海水电池阳极。
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