本發(fā)明屬于電化學技術領域，具體的說涉及一種以金屬鎂或鎂合金為陽極，擔載有析氫催化劑的載體為陰極，水為陰極反應物的鎂水電池。

背景技術：

建設海洋強國是本世紀我國提出的對于海洋開發(fā)和利用的目標。在此背景下，面向深海、遠海的探索與開發(fā)成為海洋領域的研究熱點。為此，可滿足上述環(huán)境使用的海洋裝備變得尤為重要，迫切需要增加裝備的工作水深并延長工作時間。電源是決定海洋裝備能否正常工作的重要組成部分。由于海洋實際工況的限制，特別是深海條件下，常規(guī)的一次電池(堿錳電池、鋰一次電池)和二次電池(如鉛酸電池、銀鋅電池、鋰離子電池等)難以滿足新型水下設備對大容量、長壽命、安全可靠和良好海洋環(huán)境適應性電源的需求。

鎂海水電池是一類可在海水中使用的電池體系。該類電池以金屬鎂或鎂合金為陽極、氧氣、海水中溶解氧、過氧化氫等為氧化劑，直接利用海水作為電解質。其中，鎂溶解氧海水電池是一種典型的鎂海水電池，該電池的優(yōu)點包括：一、能量密度高。由于除鎂陽極外電池的陰極氧化劑和電解質均來自海水，因此電池實際質量比能量高達數(shù)百瓦時每千克；二、原料來源豐富。我國鎂儲量豐富，且價格低廉；三、儲存性能好。電池不接觸海水時處于不激活狀態(tài)，儲存時間長達數(shù)年。然而，由于鎂溶解氧海水電池性能受海水中溶解氧濃度影響較大，該電池的實際使用受到了限制，具有一定的局限性。海水中溶解氧的濃度受到海水深度、溫度、水域的影響。其中，海水深度對其影響最大。海水溶解氧濃度隨水深的不斷減小，近1000米時達到最低值。當海水溶解氧濃度降低時，電池性能迅速下降，難以滿足海洋裝備正常的供電需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的不足，提出一種以金屬鎂或鎂合金為陽極，擔載析氫催化劑的多孔材料為陰極，以水為陰極燃料的鎂水電池。該電池電極和電池反應方程式如下：

陽極反應：Mg+2OH^-→Mg(OH)₂+2e^-

陰極反應：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

電池反應：Mg+2H₂O→Mg(OH)₂+H₂

本發(fā)明采用如下技術方案來實現(xiàn)：

一種鎂水電池，包括鎂或鎂合金陽極、隔膜、載有析氫催化劑陰極以及陰極反應物水；所述陽極與所述陰極相對設置，所述隔膜設置于二者之間,所述陽極、陰極、隔膜均置于水中。

所述鎂水電池為開放式結構，此時水于陽極與所述陰極之間流動。

所述鎂水電池為封閉式結構，此時水存儲于陽極與所述陰極之間。

所述析氫催化劑的活性成份為過渡金屬硫化物、過渡金屬磷化物、過渡金屬磷化物、過渡金屬、二種以上過渡金屬的合金中的一種或兩種以上。

所述載有析氫催化劑載體為泡沫鎳、鎳網(wǎng)、碳纖維氈中的一種，活性成份于催化劑上的質量擔載量5％-40％。

所述隔膜為聚合物無紡多孔膜材料，隔膜孔徑小于等于0.1um。

所述隔膜為聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯醇膜、Nafion膜、親水PTFE膜中的一種。

所述鎂合金為鎂與錫、銦、鋅、汞中一種或兩種以上的合金。

所述2節(jié)以上鎂水電池間通過串聯(lián)或并聯(lián)或串并混聯(lián)的方式連接構成電堆，提供所需電能。

本發(fā)明的有益效果：

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有結構簡單、使用方便，將其用于海水水下時不受海水中溶解氧濃度的限制等優(yōu)點。

本發(fā)明所述應用于水下的鎂水電池，首先，所述電池以海水為陰極反應物，解決了傳統(tǒng)鎂溶解氧海水電池對海水中氧濃度的依賴，即使在無氧環(huán)境下電池也能正常工作，極大地提高了電池的穩(wěn)定性；其次，所述電池陰陽極之間只需隔膜隔開并留有氫氣排除的通道即可，與傳統(tǒng)的鎂溶解氧海水電池需留有較大的開放空間確保新鮮海水的不斷更新相比，鎂水電池結構緊湊、體積小，電池體積比能量顯著提升；再者，該電池保證海水進入即可正常工作，因此可通過控制單電池間的流道長度和截面積來減小短路電流，從而實現(xiàn)電池間的串聯(lián)鏈接，避免了鎂溶解氧海水電池只能單節(jié)使用且需要升壓變換提高輸出電壓而造成能量損失的問題。

附圖說明

圖1為鎂水電池結構示意圖，1為鎂合金陽極，2為海水，3為隔膜，4為擔載的析氫催化劑，5為多孔陰極載體；

圖2為實施例中鎂水電池恒電流放電性能(電流密度2mA/cm²)。

具體實施方式

實施例：

采用AZ61鎂合金為陽極，泡沫鎳為陰極骨架，泡沫鎳上擔載碳載鈷催化劑，催化劑載量為2mg/cm²,電極面積為84cm²,陽極和陰極極間距為3mm，隔膜為聚丙烯膜，置于陰極和陽極之間。所采用的電解質為質量分數(shù)為3.5％的氯化鈉水溶液。其以2mA/cm²恒電流放電時，275小時電池性能從0.48V下降到0.4V，僅衰減0.08V，該電池經(jīng)進一步開發(fā)后將具有很大潛力。