鎂燃料電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠防止負(fù)極材料的自放電的同時，能夠長時間穩(wěn)定地輸出電流的鎂燃料電池。鎂燃料電池（10）包括：由鎂合金組成的負(fù)極材料（12）和用于從負(fù)極材料（12）使鎂離子溶出的電解液（18）。所述鎂合金含有鋁和鈣。優(yōu)選電解液（18）是氯化鈉水溶液、氫氧化鈉水溶液、碳酸氫鈉水溶液、過碳酸鈉水溶液、或它們中的兩種以上的混合液。
【專利說明】鎂燃料電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種鎂燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，已知一種將空氣(氧）作為正極材料，將金屬鎂或其合金用作負(fù)極材料的鎂燃料電池。例如，在專利文獻I中公開了一種將含有鋁和/或錫和/或鋅的鎂合金用作負(fù)極材料的鎂燃料電池。在專利文獻2中公開了一種將鎂合金用作負(fù)極材料，將多元羧酸鹽的水溶液用作電解質(zhì)溶液的鎂燃料電池。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻I :日本特開2004-537151號公報
[0006]專利文獻2 :日本特開2010-182435號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]鎂是資源豐富的元素(地球上第8位，海水中的埋藏量為O. 13%)，遠(yuǎn)比鋰廉價。另夕卜，金屬鎂的單位體積的能量容量大，具有高于金屬鋰的能量密度。而且，鎂燃料電池的正極為空氣，電池容積的大部分由作為負(fù)極材料的鎂占據(jù)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更小型且高容量的電池。由此，作為代替鋰離子電池的下一代高容量電池，人們對鎂燃料電池給予了很大希望。
[0009]但是，在以往的鎂燃料電池中，由于鎂在電解液中進行自放電，因此，存在無法得到相對大的電容的問題。這種自放電是一種負(fù)極的金屬進行溶解的同時，所產(chǎn)生的電子和電解液中的氫離子反應(yīng)而產(chǎn)生氫，由此電子不向正極移動而無法產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。這種自放電在氫離子濃度高的酸性電解液中產(chǎn)生得明顯。
[0010]因此，為了防止自放電，想到了將電解液調(diào)整為堿性的技術(shù)方案。但是，在使用堿性電解液的情況下，在負(fù)極的鎂合金表面會形成由不溶性的氫氧化鎂構(gòu)成的被膜。這種被膜不論是電還是離子都無法通過，因此存在電池反應(yīng)停止從而馬上斷電的問題。
[0011]本發(fā)明是鑒于上述的情況而作出的發(fā)明，其目的在于提供一種在能夠防止負(fù)極材料的自放電的同時，能夠長時間穩(wěn)定地產(chǎn)生電流的鎂燃料電池。
[0012]解決課題所用的方法
[0013]本發(fā)明為一種鎂燃料電池，其特征在于，包括由鎂合金組成的負(fù)極材料和從所述負(fù)極材料使鎂離子溶出的電解液，所述鎂合金含有鋁和鈣。
[0014]所述鎂合金優(yōu)選含有3重量％以上且9重量％以下的鋁和I重量％以上且3重量％以下的隹丐。
[0015]所述電解液優(yōu)選為選自由氯化鈉水溶液、氫氧化鈉水溶液、碳酸氫鈉水溶液及過碳酸鈉水溶液組成的組中的至少一種。[0016]發(fā)明效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，可提供一種能夠防止負(fù)極材料的自放電的同時，能夠長時間穩(wěn)定地輸出電流的鎂燃料電池。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖I表示鎂燃料電池的構(gòu)成例。
[0019]圖2是表示將樣品I浸潰在18重量％的鹽水時的狀態(tài)的照片。
[0020]圖3是表示將樣品3浸潰在18重量％的鹽水時的狀態(tài)的照片。
[0021]圖4是表示將樣品4浸潰在18重量％的鹽水時的狀態(tài)的照片。
[0022]圖5是表示在18%的鹽水中浸潰122小時后的樣品I的表面狀態(tài)的照片。
[0023]圖6是表示浸潰在18%的鹽水中122小時后的樣品2表面的狀態(tài)的照片。
[0024]圖7是表示用條件I的電池通電14天（336小時)時的電壓、電流及電能的變化的圖表。
[0025]圖8是表示用條件I的電池通電14天后的正極集電體及負(fù)極材料(鎂合金）的狀態(tài)的照片。
[0026]圖9是表示用條件2的電池通電14天（336小時)時的電壓、電流及電能的變化的圖表。
[0027]圖10是表示用條件2的電池通電14天后的正極集電體及負(fù)極材料(鎂合金)的狀態(tài)的照片。
[0028]圖11是表示用條件3的電池通電14天（336小時）時的電壓、電流及電能的變化的圖表。
[0029]圖12是表示用條件3的電池通電14天后的正極集電體及負(fù)極材料(鎂合金)的狀態(tài)的照片。
[0030]圖13是表示用條件4的電池通電14天（336小時）時的電壓、電流及電能的變化的圖表。
[0031]圖14是表示用條件4的電池通電14天后的正極集電體及負(fù)極材料(鎂合金)的狀態(tài)的照片。
[0032]圖15是表示用條件5的電池通電14天（336小時）時的電壓、電流及電能的變化的圖表。
[0033]圖16是表示用條件5的電池通電14天后的正極集電體及負(fù)極材料(鎂合金)的狀態(tài)的照片。
[0034]圖17是表示用條件6的電池通電時的電壓的變化的圖表。
[0035]圖18是表示用條件6的電池通電時的電流的變化的圖表。
[0036]圖19是表示用條件6的電池通電時的電能的變化的圖表。
[0037]圖20是表示用條件6的電池通電后的負(fù)極材料(鎂合金）表面狀態(tài)的照片。
[0038]圖21是表示用條件7的電池通電時的電壓的變化的圖表。
[0039]圖22是表示用條件7的電池通電時的電流的變化的圖表。
[0040]圖23是表示用條件7的電池通電時的電能的變化的圖表。
[0041]圖24是表示用條件7的電池通電后的負(fù)極材料(鎂合金）表面狀態(tài)的照片。[0042]圖25是表示用條件8的電池通電時的電壓的變化的圖表。
[0043]圖26是表示用條件8的電池通電時的電流的變化的圖表。
[0044]圖27是表示用條件8的電池通電時的電能的變化的圖表。
[0045]圖28是表示用條件8的電池通電后的負(fù)極材料(鎂合金）表面的狀態(tài)的照片。
[0046]圖29表示將6片活性炭制的碳板作為正極的阻燃Mg電池的電壓變化。
[0047]圖30表示使用鉬催化劑時的阻燃Mg電池的感應(yīng)電勢（generated voltage)。
[0048]圖31表示使用鉬催化劑時的Mg-3A1_0. 2Mn電池的感應(yīng)電勢。
【具體實施方式】
[0049]下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
[0050]本發(fā)明的鎂燃料電池，其特征在于，包括負(fù)極材料，所述負(fù)極材料由含有鋁和鈣的鎂合金組成。在此，“鎂燃料電池”例如是指鎂空氣電池，是將空氣中的氧作為正極活性物質(zhì)(接受電子的物質(zhì))、將鎂作為負(fù)極活性物質(zhì)(釋放電子的物質(zhì)）的電池。負(fù)極的鎂釋放出電子而變成鎂離子，從而溶解于電解液中。另一方面，在正極中氧與水接受電子而變成氫氧離子。從電池整體來看，由鎂、氧和水生成氫氧化鎂(Mg(0H)2)，從而在兩極間產(chǎn)生電動勢。正極和負(fù)極上的反應(yīng)式分別為如下所示。
[0051 ]正極：02+2H20+4e — 4OH
[0052]負(fù)極：2Mg— 2Mg2++4e_
[0053]整體：2Mg+02+2H20— 2Mg (OH)2 I
[0054]圖I是表示本發(fā)明一個實施方式的鎂燃料電池10 (以下，有時簡稱為“電池10”）的構(gòu)成的示意圖。
[0055]如圖I所示，電池10包括：由鎂合金組成的負(fù)極材料12 ;向作為正極材料的空氣(氧）供給電子的正極集電體16 ;設(shè)置在負(fù)極材料12與正極集電體16之間的隔板14 ;用于使負(fù)極產(chǎn)生的鎂離子（Mg2+)溶出的電解液18 ;以及用于貯存電解液18的電解液槽20。
[0056]負(fù)極材料12由鎂合金構(gòu)成。鎂合金是指將鎂(Mg)作為主成分的合金，例如，是指含有50重量％以上鎂的合金。作為鎂合金，例如可以舉出Mg-Al系、Mg-Mn系、Mg-Zn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系等，但在本發(fā)明中，使用含有鋁（Al)和鈣（Ca)的鎂合金。不特別限定鎂合金中的鋁（Al)含量，但相對于鎂合金總量優(yōu)選為3重量％以上且9重量％以下，更優(yōu)選為5重量％以上且7重量％以下，最優(yōu)選為6重量％。不特別限定鎂合金中的鈣（Ca)的含量，但相對于鎂合金總量優(yōu)選為I重量％以上且3重量％以下，更優(yōu)選為I. 5重量％以上且2. 5重量％以下，最優(yōu)選為2重量％。
[0057]在鎂合金中也可以添加鋁和鈣以外的元素。例如，還可以添加Zn、Mn、Si、Cu、Li、Na、K、Fe、Ni、Ti、Zr等其他元素。相對于鎂合金總量，這些元素可以添加例如I重量％以下的比例。特別地，相對于鎂合金總量，可以添加例如2重量％以下比例的Zn。
[0058]不特別限定用作負(fù)極材料12的鎂合金的形狀，例如可以使用加工成板狀、粒狀或粉體狀的鎂合金。
[0059]此外，當(dāng)將鎂合金加工成粒狀或粉狀的情況下，普通的鎂合金存在容易起火的擔(dān)憂。對于該點，本發(fā)明中使用的鎂合金含有鋁和鈣，阻燃性極高，即使加工成粒狀或粉狀的情況下也不容易起火，因此安全性高。[0060] 本發(fā)明的鎂燃料電池使用含有鋁（Al)和鈣（Ca)的鎂合金。這種組成的鎂合金具有適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)性，可作為優(yōu)異的電池材料。而且，這種組成的鎂合金具有抑制燃燒的能力(抑制反應(yīng)的能力），作為工業(yè)用材料價值高。本發(fā)明使用的鎂合金通過這些相反特性的相乘效應(yīng)，能夠發(fā)揮作為電池材料的優(yōu)異性能。含有鋁和鈣的鎂合金通常具有由金屬Mg相(固溶體)和化合物相（Al2Ca)的兩相組成的復(fù)層組織。由于化合物相相對不活潑，因此該合金在宏觀上反應(yīng)性低。根據(jù)經(jīng)驗已經(jīng)確認(rèn)了該事實。而且，當(dāng)該復(fù)相組織充分微細(xì)的情況下，作為整體的腐蝕反應(yīng)(溶解反應(yīng))變得均勻，并且穩(wěn)定地進行。推測該事實也在上述反應(yīng)性和反應(yīng)抑制能力上起到了一份作用。即，認(rèn)為鎂合金的反應(yīng)性高的母相和不活潑的第二相的反應(yīng)抑制大大有助于作為電池的負(fù)極材料的優(yōu)異性能。
[0061 ] 此外，這種推測對本發(fā)明的范圍沒有任何的限定。
[0062]不特別限定用作負(fù)極材料12的鎂合金的制備方法，例如，可以使用日本特開平10-280062號公報中公開的方法來制備。
[0063]隔板14設(shè)置在負(fù)極材料12和正極集電體16之間。隔板14具有防止負(fù)極材料12和正極集電體16之間的短路的同時，將貯存在電解液槽20中的電解液18吸上來以保持該電解液18的作用。不特別限定隔板14，但可以使用例如聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、玻璃纖維、樹脂無紡布、玻璃無紡布、濾紙等。
[0064]正極集電體16具有向作為正極材料的空氣中的氧供給電子的作用。正極集電體16的材料只要是具有導(dǎo)電性的材料就不受特別限定，例如，可以使用活性炭、碳纖維、碳?xì)?carbon felt)等碳質(zhì)材料或鐵、銅等金屬材料等。從接觸空氣中氧的面積大并且集電效率優(yōu)異的角度，特別優(yōu)選使用碳粉末作為正極集電體16的材料。
[0065]電解液18具有使負(fù)極材料12中產(chǎn)生的鎂離子（Mg2+)溶出的同時，向正極供給與氧進行反應(yīng)的水（H2O)的作用。作為電解液18，可以使用酸性、堿性或中性的水溶液。例如，可以使用選自由氯化鈉水溶液、氫氧化鈉水溶液、碳酸氫鈉水溶液和過碳酸鈉水溶液組成的組中的至少一種。或者可以使用氟化物水溶液、含有鹵素的水溶液等?；蛘?，可以使用日本特開2010-182435號公報中公開的多元羧酸的水溶液等。
[0066]不特別限制電解液槽20的形狀或材料等，只要是能夠貯存電解液18的電解液槽即可使用。例如，可以將用聚丙烯等合成樹脂形成的容器用作電解液槽20。
[0067]對于正極集電體16的與空氣接觸一側(cè)的表面，也可以安裝由銅等導(dǎo)電性材料組成的金屬絲等。由此，能夠增加氧與正極集電體16的接觸面積，并且能夠進一步提高電池10的正極中的集電效率。
[0068]此外，圖I中示出了通過依次層疊負(fù)極材料12、隔板14和正極集電體16來構(gòu)成電池10的例子，但電池10的構(gòu)成不限定于此。例如，也可在板狀的負(fù)極材料12的周圍依次纏繞隔板14和正極集電體16來構(gòu)成電池10。
[0069]實施例
[0070]下面，對本發(fā)明的實施例進行說明，但本發(fā)明并不限定于此。
[0071][實施例I]
[0072]在實施例I中，進行了在鹽水中浸潰各種組成的鎂合金的試驗。
[0073]首先，準(zhǔn)備了以下5種樣品。
[0074]樣品I :含有6重量％的Al、2重量％的Ca的鎂合金[0075]樣品2 :含有6重量％的Al的鎂合金
[0076]樣品3 :含有2重量％的Ca的鎂合金
[0077]樣品4 :含有5重量％的Ca的鎂合金
[0078]樣品5 :純度為99. 95%的金屬鎂單質(zhì)
[0079]接著，將上述5種樣品浸潰在18重量％的鹽水中。
[0080]其結(jié)果，樣品I幾乎沒有溶解在鹽水中。而樣品5在鹽水中一邊激烈地產(chǎn)生氫一邊進行溶解。樣品2?4也在鹽水中一邊產(chǎn)生氫一邊進行溶解。在圖2?圖4中，通過照片示出了這些狀態(tài)。
[0081]測定了將上述樣品I?5浸潰在18%的鹽水后的重量減少量。其結(jié)果，樣品重量的減少量的順序如下。
[0082]樣品I〈樣品2〈樣品3〈樣品4〈樣品5
[0083]由以上實驗結(jié)果，查明了含有鋁和鈣的鎂合金（樣品I)在鹽水中的溶解速度明顯小于金屬鎂單質(zhì)（樣品5)或其他鎂合金（樣品2?4)在鹽水中的溶解速度。即，查明了通過使用由含有鋁和鈣的鎂合金組成的負(fù)極材料12，能夠基本可靠地防止電解液18(鹽水）中負(fù)極材料12的自放電。
[0084]圖5是表示在18%的鹽水中浸潰122小時后的樣品I的表面狀態(tài)的照片。圖6是表示在18%的鹽水中浸潰122小時后的樣品2的表面狀態(tài)的照片。樣品的減少量分別如下：樣品I為19mg,樣品2為295mg。
[0085]由圖5可知，在鹽水中浸潰后的樣品I的表面上附著有白色粉末的膜。當(dāng)用刀尖蹭時，該白色粉末的膜消失，并從下面露出具有光澤的金屬面。按常識來講，將鎂浸潰在鹽水中時，其表面發(fā)生溶解而變得粗糙，會附著氯化鎂(MgC12)。金屬鎂單質(zhì)(樣品5)確實如此，當(dāng)將樣品浸潰在鹽水中一晚時，在其表面只留下淀粉一樣的純白的粉末。而含有鋁和鈣的鎂合金(樣品I)卻完全不同，樣品幾乎不溶解于鹽水中，在樣品的表面附著有帶白色斑點的膜。推測該膜可能是由氯化鈣（CaCl2)或MgCl2+CaCl2組成的膜，通過該膜防止了樣品表面的溶解。而且，推測基于該膜的膜薄、膜中存在縫隙和膜具有導(dǎo)電性等理由（或其中的任意一個理由)，如后面所述，只有將鎂合金用作電池的負(fù)極材料的情況下，具有使鎂合金稍微溶解于鹽水中的效果，從而能夠由鎂合金產(chǎn)生近似于理論值的電流。
[0086]此外，這種見解是基于現(xiàn)有知識的本
【發(fā)明者】的推測，對本發(fā)明的范圍沒有任何的限制。
[0087]根據(jù)上述實驗結(jié)果，查明了通過將含有鋁和鈣的鎂合金(樣品I)用作電池的負(fù)極材料，能夠防止鹽水中負(fù)極材料的自放電。而且查明了負(fù)極材料能夠穩(wěn)定地溶解，從而可產(chǎn)生接近理論值的電流。
[0088][實施例2]
[0089]在實施例2中實施了以下述條件I?5制備鎂燃料電池，并向馬達(dá)通電的實驗。
[0090](條件I)
[0091 ] 負(fù)極材料：含有6重量％的Al、2重量％的Ca的鎂合金
[0092]正極集電體：厚的碳纖維布
[0093]電解液：18重量％的鹽水
[0094](條件2)[0095]負(fù)極材料：含有6重量％的Al、2重量％的Ca的鎂合金
[0096]正極集電體：薄的碳纖維布
[0097]電解液：18重量％的鹽水
[0098](條件3)
[0099]負(fù)極材料：含有6重量％的Al、2重量％的Ca的鎂合金
[0100]正極集電體：碳租
[0101]電解液：濃縮海水(氯化鈉濃度為18重量％)
[0102](條件4)
[0103]負(fù)極材料：含有6重量％的Al、2重量％的Ca的鎂合金
[0104]正極集電體：碳租
[0105]電解液：海水
[0106](條件5)
[0107]負(fù)極材料：含有6重量％的Al、2重量％的Ca的鎂合金
[0108]正極集電體：碳租
[0109]電解液：海水+NaOH水溶液
[0110]圖7是表示用條件I的電池通電14天（336小時)時的電壓、電流和電能的變化的圖表。圖8是表示用條件I的電池通電14天后的正極集電體和負(fù)極材料(鎂合金）的狀態(tài)的照片。
[0111]條件I下14天的實驗結(jié)果如下：平均電壓為O. 251v、平均電流為11. 6mA、平均功率為3. 08mW、總電流為3890mAh、總功率為1036mWh。
[0112]圖9是表示用條件2的電池通電14天（336小時)時的電壓、電流及電能的變化的圖表。圖10是表示用條件2的電池通電14天后的正極集電體和負(fù)極材料(鎂合金)的狀態(tài)的照片。
[0113]條件2下14天的實驗結(jié)果如下：平均電壓為O. 223v、平均電流為10. 28mA、平均功率為2. 59mW、總電流為3456mAh、總功率為869mWh。
[0114]圖11是表示用條件3的電池通電14天（336小時）時的電壓、電流及電能的變化的圖表。圖12是表示用條件3的電池通電14天后的正極集電體和負(fù)極材料(鎂合金)的狀態(tài)的照片。
[0115]條件3下14天的實驗結(jié)如下：平均電壓為O. 344v、平均電流為15. 71mA、平均功率為6. 75mW、總電流為5751mAh、總功率為2471mWh。
[0116]圖13是表示用條件4的電池通電14天（336小時）時的電壓、電流及電能的變化的圖表。圖14是表示用條件4的電池通電14天后的正極集電體和負(fù)極材料(鎂合金)的狀態(tài)的照片。
[0117]條件4下14天的實驗結(jié)果如下：平均電壓為O. 213v、平均電流為9. 76mA、平均功率為2. 42mW、總電流為3574mAh、總功率為886mWh。
[0118]圖15是表示用條件5的電池通電14天（336小時）時的電壓、電流及電能的變化的圖表。圖16是表示用條件5的電池通電14天后的正極集電體和負(fù)極材料(鎂合金)的狀態(tài)的照片。其中，在用該條件5的電池通電的實驗中，最初的4天將氫氧化鈉水溶液用作電解液，之后在電解液中追加海水進彳丁實驗。因此，在最初的4天沒有廣生電流,只有在追加海水后的10天里產(chǎn)生了電流。
[0119]條件5下追加海水后的10天的實驗結(jié)果如下：平均電壓為O. 361v、平均電流為
16.27mA、平均功率為6. 52mW、總電流為3940mAh、總功率為1579mWh。
[0120]由實施例2的實驗結(jié)果得到以下信息。
[0121](I)在上述5個條件下制備的電池能夠維持14天的電動勢。期間的總電流為3456mAh ?575 ImAh，總發(fā)電量為 869mWh ?247 ImWh。
[0122](2)與18%的鹽水相比，將濃縮成與其同濃度的海水用作電解液的電池能夠產(chǎn)生更大的電壓及電流。
[0123](3)將氫氧化鈉水溶液中追加海水的溶液用作電解液的電池，能夠產(chǎn)生大于其他電池的電壓及電流。
[0124][實施例3]
[0125]實施例3中實施了以下述條件6?8制備鎂燃料電池并向馬達(dá)通電的實驗。此外，在該實施例3中，用膠帶覆蓋板狀鎂合金的一個面而僅露出鎂合金的一個面的鎂合金用作負(fù)極材料。
[0126](條件6)
[0127]負(fù)極材料：含有6重量％的Al、2重量％的Ca的鎂合金
[0128]正極集電體：碳?xì)?br>
[0129]電解液：18重量％的鹽水
[0130](條件7)
[0131 ] 負(fù)極材料：含有6重量％的Al、0. 3重量％的Mn的鎂合金
[0132]正極集電體：碳?xì)?br>
[0133]電解液：18重量％的鹽水
[0134](條件8)
[0135]負(fù)極材料：含有2重量％的Ca的鎂合金
[0136]正極集電體：碳租
[0137]電解液：18重量％的鹽水
[0138]圖17?圖19是表示用條件6的電池通電100小時的電壓、電流及電能的變化的圖表。圖20是表示用條件6的電池通電后的負(fù)極材料(鎂合金）表面的狀態(tài)的照片。
[0139]用條件6的電池進行通電實驗的結(jié)果如下：負(fù)極材料(鎂合金）的減少量為
O.601g, Ig鎂合金的電流量為1630mAh/g,電能為476mWh/g。
[0140]此外，如圖20所示，負(fù)極材料(鎂合金）的表面在整體上是以幾乎均勻的深度腐蝕的狀態(tài)。
[0141]圖21?23是表示用條件7的電池通電100小時時的電壓、電流及電能的變化的圖表。圖24是表示用條件7的電池通電后的負(fù)極材料(鎂合金）表面的狀態(tài)的照片。
[0142]用條件7的電池進行通電實驗的結(jié)果如下：負(fù)極材料(鎂合金）的減少量為
O.781g，Ig鎂合金的電流量為1181mAh/g，電能為273mWh/g。
[0143]此外，由圖24可知，負(fù)極材料(鎂合金）的表面為局部有深腐蝕的狀態(tài)。
[0144]圖25?27為表示用條件8的電池通電100小時時的電壓、電流及電能的變化的圖表。圖28為表示用條件8的電池通電后的負(fù)極材料(鎂合金）表面的狀態(tài)的照片。[0145]用條件8的電池進行通電實驗的結(jié)果如下：負(fù)極材料(鎂合金）的減少量為
1.597g，Ig鎂合金的電流量為733mAh/g，電能為200mWh/g。
[0146]此外，由圖28可知，負(fù)極材料(鎂合金）的表面為整體有深腐蝕的狀態(tài)。
[0147]通過實施例3的實驗結(jié)果，確認(rèn)了條件6的電池比條件7和條件8的電池能夠產(chǎn)生更多的電流。由該結(jié)果，確認(rèn)了將含有鋁和鈣的鎂合金用作負(fù)極材料的情況下，與使用以往鎂合金的情況相比，能夠長時間穩(wěn)定地產(chǎn)生電。
[0148]電池的特性可通過以下兩個值來評價：（1)由單位重量的金屬極（負(fù)極）能夠產(chǎn)生的總電流（=電容量Ah/g)和（2)總電流乘電壓的總功率（=能量密度Wh/g)。電容量（Ah/g)為由金屬的原子量、離子的電荷數(shù)及電子的電荷求出的值，能夠直接反映金屬極的特性。純鎂的理論電容量為2.2Ah/g。本發(fā)明所使用的鎂合金含有例如92重量％的鎂。如上所述，該鎂合金的電容量例如為1.63Ah/g。如此地，本發(fā)明所使用的鎂合金能夠產(chǎn)生理論電容量的約80%的電，能夠高效率地產(chǎn)生電。
[0149]此外，能量密度與電池所產(chǎn)生的電壓有關(guān)。根據(jù)金屬的離子電位，鎂電池能夠得到
2.37V的電位。
[0150]但是，電池所產(chǎn)生的電壓及由此能夠利用的能量密度受到正極特性的很大影響。特別的，燃料電池將空氣中的氧作為正極物質(zhì)，因此如何使鎂離子與氧反應(yīng)，從而高效地產(chǎn)生電荷成為一個課題。
[0151]因此，能量密度與金屬極(負(fù)極）的性能同樣地受到正極(空氣極）的材質(zhì)、催化劑、
結(jié)構(gòu)等影響。
[0152]為了提高空氣極的性能，除了將直徑為5cm的6片并列的碳板用作正極以外，其它用與上述條件6相同的條件制備了電池。在圖29中示出了該電池的電壓特性。
[0153]如圖29所示，將直徑為5cm的6片并列的碳板用作正極的情況下，1600分鐘的平均電壓為I. 30V。與圖17比較可知，電壓不隨時間的經(jīng)過降低，電壓特性有了顯著的提高。如此的電壓特性提高，是因為用表面積大的活性炭代替碳?xì)謥碛米骺諝鈽O的材質(zhì)及將電極的個數(shù)增加到6片的緣故。
[0154]通過使用催化劑，能夠顯著地提高空氣極(正極）的特性。
[0155]除了使微量鉬載置于發(fā)泡Ni上，并在其上涂布活性炭而得到正極以外，其它用與上述條件6相同的條件制備了電池。在圖30中示出了該電池的電壓特性。
[0156]采用使微量鉬載置于發(fā)泡Ni上，并在其上涂布活性炭而得到的正極，而且將含有3重量％的A1、0. 2重量％的Mn的鎂合金用作負(fù)極材料來制備了電池。圖31中示出了該電池的電壓特性。
[0157]如圖29所示，在使用大面積的碳板電極的情況下，經(jīng)過200分鐘，電池的電壓慢慢上升為I. 3V。與此相對，如圖30及圖31所示，在使用微量的鉬催化劑的情況下，從最初開始產(chǎn)生了 I. 3V左右的電壓。
[0158]比較圖30和圖31可知，在使用采用了催化劑的正極的情況下，使用本發(fā)明的鎂合金（Mg-6Al-2Ca)的電池的感應(yīng)電勢要高于使用了以往鎂合金（Mg-3A1_0. 2Mn)情況下的感應(yīng)電勢。據(jù)此可以證實，本發(fā)明的鎂合金作為負(fù)極材料顯示出優(yōu)異的特性。
[0159]附圖標(biāo)記的說明
[0160]10:鎂燃料電池[0161]12:負(fù)極材料
[0162]14:隔板
[0163]16:正極集電體
[0164]18:電解液
[0165]20:電解液槽
【權(quán)利要求】
1.一種鎂燃料電池，其特征在于，包括： 負(fù)極材料，由鎂合金組成；以及 電解液，用于從所述負(fù)極材料使鎂離子溶出， 而且，所述鎂合金含有鋁和鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎂燃料電池，其特征在于， 所述鎂合金含有3重量％以上且9重量％以下的鋁和I重量％以上且3重量％以下的鈣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鎂燃料電池，其特征在于， 所述電解液為選自由氯化鈉水溶液、氫氧化鈉水溶液、碳酸氫鈉水溶液和過碳酸鈉水溶液所組成的組中的至少一種。
【文檔編號】C22C23/02GK103493286SQ201280019230
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月18日
【發(fā)明者】小濱泰昭, 坂本滿, 阿部利彥 申請人:國立大學(xué)法人東北大學(xué)