一種鎂海水電池陽極及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一次電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鎂海水電池陽極及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂海水溶解氧電池或鎂海水電池是一次電池，采用金屬鎂合金作為負(fù)極，以惰性碳電極作為正極，電池采用開放式結(jié)構(gòu)，浸入海水中即可穩(wěn)定工作。利用海水中含有的溶解氧作為陰極活性物質(zhì)在碳正極表面還原發(fā)電。由于該電池的功率主要受限于惰性陰極對氧氣的催化速度，海水中低的溶解氧濃度有限，決定了電池只能以低功率輸出，所以該鎂-海水電池主要用于低功率、長時(shí)間運(yùn)行的深海監(jiān)測裝備。
[0003]電池反應(yīng)如下:
[0004]陽極反應(yīng):Mg^Mg2++2e—
[0005]陰極反應(yīng):02+2H20+4e——40H—
[0006]在陽極一般金屬M(fèi)g同時(shí)還存在自腐蝕過程:Mg+2H20—Mg2++20H—+?
[0007]由于海水中溶解氧的含量是無限的，因此電池的容量完全是由金屬陽極一側(cè)決定，提升電池能量最簡單的方式就是加長或加粗鎂合金的體積，電池的其它結(jié)構(gòu)可基本不做改變。
[0008]鎂-海水電池在深海中應(yīng)用具有諸多優(yōu)點(diǎn):①電池采用開放式結(jié)構(gòu)，不需要耐壓容器的保護(hù)，電池系統(tǒng)重量和成本大幅度降低;②電池以干態(tài)方式貯存，無自放電，貯存壽命長;③電池在運(yùn)輸過程中，不含電解液和正極活性物質(zhì)，攜帶重量大大減輕;④電池正極活性物質(zhì)來自于海水中的溶解氧，是取之不盡的，且碳電極本身不發(fā)生反應(yīng)，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，電極壽命可長達(dá)十幾年以上;⑤電池本身不含易燃爆的物質(zhì)，安全性能非常好;⑥電池反應(yīng)對海洋環(huán)境生態(tài)不造成任何破壞和影響;⑦作為負(fù)極活性物質(zhì)的金屬鎂材料在我國儲(chǔ)量豐富，廉價(jià)易得，利于降低電池成本;⑧可通過簡單的增加金屬鎂棒的體積來提高電池容量和續(xù)航時(shí)間；⑩電池可采用機(jī)械再充方式，由水下機(jī)器人對鎂棒進(jìn)行更換，維護(hù)成本相對較低。
[0009]專利申請CN200310113951.1“鎂海水電池”提到了一種鎂海水電池，電池陽極采用鎂合金，惰性陰極采用銅合金、碳鋼、不銹鋼和石墨，結(jié)構(gòu)是以鎂合金陽極圓柱為中心，若干片陰極在其一側(cè)或四周呈放射狀排列，陰極采用片狀并聯(lián)，海水在陰極和陽極間盡可能通暢地流動(dòng)；電池有框架，框架上安裝陰極和陽極，框架允許并促進(jìn)海流在陰陽極間流動(dòng)，尤其是在陰極表面流動(dòng)，以促進(jìn)海水中溶氧快速向陰極表面擴(kuò)散。專利CN201010563787.4 “一種溶解氧型海水電池”提出了一種溶解氧型海水電池，電池結(jié)構(gòu)包括電池框架、板狀金屬陽極、板狀惰性陰極、集流部件及電流導(dǎo)線，電池框架由上底座和下底座構(gòu)成，上底座和下底座分別由外圓環(huán)及設(shè)置于其中部的固定件構(gòu)成，固定件與外圓環(huán)通過連接件固接，η個(gè)板狀金屬陽極插置于連接件上，構(gòu)成圓柱狀或圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)，沿外圓環(huán)的徑向方向、于板狀金屬陽極間插設(shè)有板狀惰性陰極，板狀惰性陰極固接于上底座和下底座的固定件與外圓環(huán)上，采用電流導(dǎo)線分別將η個(gè)惰性陰極和η個(gè)金屬陽極串聯(lián)焊接，構(gòu)成電池的陰極和陽極，陽極由Al、Mg、L1、Zn或其合金，惰性陰極采用碳?xì)帧⑻及?、銅合金、碳鋼。
[0010]對于鎂海水電池陽極來說，鎂合金陽極的自腐蝕與電極的表面面積成正比，在電流密度小于300mA/cm2時(shí)，鎂陽極的利用率與電流密度成正比，所以為了提高鎂陽極的利用率，應(yīng)該盡可能降低鎂陽極的表面積、提高電流密度，因此在保證鎂海水電池的總?cè)萘克枰逆V合金質(zhì)量的前提下，采用最小的表面面積，一般采用圓柱形。同時(shí)希望只有圓柱的側(cè)面參加反應(yīng)，而上下底面不反應(yīng)，這樣隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鎂陽極柱直徑逐漸減小而高度不變，以保證鎂陽極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0011]上述專利或?qū)＠暾堉校瑹o論是以鎂合金陽極圓柱為中心，若干片陰極在其一側(cè)或四周呈放射狀排列，還是陰陽極交替排列，都沒有對鎂陽極的上下底面進(jìn)行處理，上下底面都裸露在海水中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鎂陽極不但側(cè)面積變小，高度也變短，當(dāng)短到一定程度時(shí)，鎂陽極極有可能從電池上脫落下來，或者固定不牢固，在海水的沖擊下上下左右擺動(dòng)，造成鎂海水電池性能惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種鎂海水電池陽極及制造方法;該專利將鎂海水電池的陽極柱的上下底面用多層材料密封，密封材料與鎂合金結(jié)合力好，耐海水腐蝕，長期穩(wěn)定。
[0013]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0014]—種鎂海水電池陽極，包括鎂合金陽極柱(1)和集流柱(2);其中:所述鎂合金陽極柱(1)和集流柱(2)均為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述集流柱(2)設(shè)有外螺紋，在所述鎂合金陽極柱(1)的上底面開設(shè)有與集流柱(2)連接的圓柱形螺紋洞;所述螺紋洞的深度小于鎂合金陽極柱
(1)的高度，所述螺紋洞包括靠近開口的上段部分和遠(yuǎn)離開口的下段部分;其中:所述下段部分設(shè)有與集流柱(2)連接用的內(nèi)螺紋，所述上段部分的內(nèi)徑大于下段部分的內(nèi)徑，且所述上段部分內(nèi)壁的粗糙度范圍是1_6μπι;所述集流柱(2)的一端伸入鎂合金陽極柱(1)的下段部分;所述集流柱(2)的另一端連接有導(dǎo)線(7);在所述鎂合金陽極柱(1)的上表面涂刷有上底面防銹層(3);在所述上底面防銹層(3)上涂刷有上底面灌注密封層(5);在所述鎂合金陽極柱(1)的下表面涂刷有下底面防銹層(4);在所述下底面防銹層(4)上涂刷有下底面密封層(6)。
[0015]進(jìn)一步:所述集流柱(2)采用不銹鋼或鈦制成。
[0016]所述上底面防銹層(3)和下底面防銹層(4)采用環(huán)氧鋅黃底漆或環(huán)氧膩?zhàn)印?br>[0017]所述上底面灌注密封層(5)和下底面密封層(6)采用環(huán)氧樹脂或環(huán)氧面漆。
[00? 8] 所述鎂合金陽極柱(1)的直徑為100mm，高度為800mm，上段部分的內(nèi)徑為26mm，
[0019]上段部分的深度為80mm，下段部分的內(nèi)徑為20mm，下段部分的深度為270mm。
[0020]所述上底面防銹層(3)和下底面防銹層(4)的厚度為3mm。
[0021]所述集流柱(2)的直徑為20mm，高度為400mm。
[0022]所述上底面灌注密封層(5)和下底面密封層(6)的厚度為3mm。
[0023]—種鎂海水電池陽極的制造方法;包括如下步驟:
[0024]步驟一、在所述集流柱(2)的一端焊接導(dǎo)線(7);
[0025]步驟二、在所述鎂合金陽極柱(1)的兩個(gè)端面涂刷防銹層，即在鎂合金陽極柱(1)的兩個(gè)端面形成上底面防銹層(3)和下底面防銹層(4);待防銹層晾干后在鎂合金陽極柱
(1)的下端面涂刷下底面密封層(6)，待所述下底面密封層(6)晾干后將集流柱(2)旋入鎂合金陽極柱(1)上的螺紋洞；
[0026]步驟三、固定鎂合金陽極柱(1)，從所述鎂合金陽極柱(1)連接集流柱(2)的一端開始灌注環(huán)氧樹脂，此時(shí)在上底面防銹層(3)的上表面形成上底面灌注密封層(5);在集流柱
(2)的裸露面、鎂合金陽極柱(1)和集流柱(2)之間的縫隙處均形成上底面灌注密封層(5);
[0027]步驟四、自然環(huán)境下干燥24小時(shí)，得到鎂海水電池陽極。
[0028]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，將鎂陽極柱的上下底面密封，阻礙了上下底面參與反應(yīng)，保護(hù)了鎂陽極在反應(yīng)過程中高度不變，增加了鎂陽極和鎂海水電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于提高鎂海水電池的長期放電穩(wěn)定性。
【附圖說明】
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[0030]圖1為本發(fā)明