發(fā)布時間：2017-06-05 23:16

  本文關(guān)鍵詞：鎂-溶解氧海水電池性能的實(shí)驗室模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著化石能源日漸短缺,以及燃燒化石能源帶來的環(huán)境問題日益嚴(yán)峻,各國紛紛加快了對海洋資源的開發(fā)和利用。然而進(jìn)行長期的深海探測和海下作業(yè)需要消耗大量的電能,常規(guī)電源在壽命和安全性方面很難滿足要求,因此,可再生分布式海洋電源--海水溶解氧電池(簡稱海水電池)展現(xiàn)出較大的應(yīng)用前景。海水電池具有完全開放結(jié)構(gòu),電池性能不僅受電極材料影響,還與溶解氧濃度、海水流速等環(huán)境參數(shù)以及工作電流、正負(fù)極距離等電池參數(shù)有關(guān)。因此,研究上述因素對海水電池性能影響對于促進(jìn)海水電池實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。本文針對海水電池使用工況條件,通過開路電位、動電位極化、恒流放電、失重等測試方法,系統(tǒng)評價了Mg-Ga-Hg合金在海水中的電化學(xué)行為,考察其作為海水電池負(fù)極材料的相關(guān)性能；通過測穩(wěn)態(tài)極化曲線、恒流放電曲線等方法研究了聚丙烯腈基碳纖維(PAN-CF)作為海水電池正極在電化學(xué)改性前后對海水溶解氧還原反應(yīng)的催化性能,并研究了海水流速、溶解氧濃度、工作電流、反應(yīng)副產(chǎn)物對電化學(xué)改性后的聚丙烯腈基碳纖維(MPAN-CF)電極性能的影響；最后,還討論了正負(fù)極距離對海水電池輸出電壓的影響。本文主要研究結(jié)果如下：1、Mg-Ga-Hg合金未工作時在海水中的自放電速率為0.381m A/cm2,開路電位為-1.91～-1.95V,在1～9mA/cm2電流密度下放電時工作電位均負(fù)于-1.9V,激活時間小于10s,電流效率在70%左右,且間歇放電性能良好,在鹽度大于1.5%的靜態(tài)或動態(tài)海水中均具有良好的電化學(xué)活性,適合作海水溶解氧電池負(fù)極材料。2、電化學(xué)改性后的PAN-CF電極對海水中的溶解氧還原反應(yīng)具有良好的電催化活性,且刷狀電極(MPAN-CFB)可以有效提高電極傳質(zhì)性能,海水流速越大、溶解氧濃度越高,電極性能越好,且在流速大于2cm/s、溶解氧濃度高于3mg/L的常溫海水中,電極在-400mV電位下工作電流密度可以達(dá)到-32.3mA/g;在模擬深海環(huán)境(溶解氧濃度3mg/L、海水流速2cm/s、溫度4℃)中,電極在-400mV下工作電流密度仍可以達(dá)到-10.9mA/g,適合作海水溶解氧電池正極材料。3、MPAN-CFB電極適合在低于200mA電流下工作,且工作初期副產(chǎn)物對電極性能影響較為嚴(yán)重,在100mA電流下的穩(wěn)定工作電位分別可以達(dá)到-247mV、-343mV。在設(shè)計海水電池時應(yīng)根據(jù)電池工作電流合理設(shè)計正負(fù)極之間距離：若單支MPAN-CFB電極工作電流大于100mA,正負(fù)極之間距離應(yīng)低于12cm；若工作電流小于100mA,則正負(fù)極之間距離可以增大到25cm。
【關(guān)鍵詞】：海水溶解氧電池 鎂合金 聚丙烯腈基碳纖維 電化學(xué)改性 氧還原反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM910
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 文獻(xiàn)綜述11-27
• 1.1 前言11-12
• 1.2 海水電池概況12-17
• 1.2.1 海水電池原理及特點(diǎn)12
• 1.2.2 海水電池分類12-15
• 1.2.3 幾種常見海水電池15-17
• 1.2.4 海水電池應(yīng)用17
• 1.3 鎂海水溶解氧電池研究進(jìn)展17-20
• 1.4 鎂合金概況20-23
• 1.4.1 鎂合金在電池中的應(yīng)用20-21
• 1.4.2 鎂合金作電極材料時存在問題21-22
• 1.4.3 鎂合金電極材料研究進(jìn)展22-23
• 1.5 碳纖維概況23-25
• 1.5.1 碳纖維簡介23-24
• 1.5.2 碳纖維表面處理方法24-25
• 1.6 電池參數(shù)25-26
• 1.7 論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 1.7.1 研究主要內(nèi)容26
• 1.7.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 2 Mg-Ga-Hg合金電化學(xué)性能測試27-43
• 2.1 引言27-28
• 2.2 實(shí)驗部分28-30
• 2.2.1 實(shí)驗試劑及儀器28
• 2.2.2 自腐蝕速率測試28
• 2.2.3 鎂合金電化學(xué)性能測試28-30
• 2.3 結(jié)果與討論30-42
• 2.3.1 三種鎂合金電化學(xué)性能比較30-32
• 2.3.2 Mg-Ga-Hg合金在海水中的開路電位測試32-33
• 2.3.3 Mg-Ga-Hg合金在海水中的恒流放電特性33-36
• 2.3.4 Mg-Ga-Hg合金在海水中的動電位極化特性36-37
• 2.3.5 Mg-Ga-Hg合金在海水中的自腐蝕速率和電流效率37-39
• 2.3.6 Mg-Ga-Hg合金在海水中的間歇放電特性39-41
• 2.3.7 Mg-Ga-Hg合金在動態(tài)海水中的放電特性41-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 3 環(huán)境參數(shù)對改性PAN基碳纖維電極性能影響43-55
• 3.1 引言43
• 3.2 實(shí)驗部分43-45
• 3.2.1 實(shí)驗試劑及儀器43-44
• 3.2.2 改性碳纖維電極制備44
• 3.2.3 電化學(xué)測試44-45
• 3.3 結(jié)果與討論45-53
• 3.3.1 電化學(xué)改性對PAN-CFB電極電化學(xué)性能影響45-47
• 3.3.2 溶解氧濃度對MPAN-CFB電極性能影響47-49
• 3.3.3 海水流速對MPAN-CFB電極性能影響49-51
• 3.3.4 溶解氧濃度、海水流速對MPAN-CF絲束電極性能影響51-52
• 3.3.5 模擬深海環(huán)境下MPAN-CF絲束電極性能52-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 4 工作電流、副產(chǎn)物、電極距離對電池性能影響55-62
• 4.1 引言55-56
• 4.2 實(shí)驗部分56-57
• 4.2.1 實(shí)驗試劑及儀器56
• 4.2.2 改性碳纖維刷電極制備56
• 4.2.3 工作電流、副產(chǎn)物對電池性能影響測試56
• 4.2.4 電極距離對電池性能影響測試56-57
• 4.3 結(jié)果與討論57-61
• 4.3.1 工作電流對MPAN-CFB電極性能影響57-59
• 4.3.2 副產(chǎn)物對MPAN-CFB電極性能影響59-60
• 4.3.3 電極距離對電池性能影響60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 5 總結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-71
• 致謝71-72
• 個人簡歷72-73
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：424874