[发明专利]一种石墨烯-镁海水电池装置

说明书

本发明属于海水电池设备技术领域，具体涉及一种石墨烯‑镁海水电池装置，由1‑n组石墨烯‑镁海水电池单元构成，石墨烯‑镁海水电池单元的主体结构包括壳体、上部透水孔、底部透水孔、凸起锥、镁合金阳极极板、负极接线柱、石墨烯复合阴极极板、正极接线柱、导离子板栅、内封盖、接线柱通孔、外封盖、导线孔、耐压区、负极输出导线和正极输出导线，基于燃料电池的技术原理，阳极材料采用高电位并加惰的AZ31镁合金，阴极采用导电性好和对海水溶解氧催化还原效率突出的石墨烯复合材料，以溶解氧≥5ppm和氯化钠≥3.5％的海水溶液做电解质；其结构简单，原理科学合理，操作性强，成本低廉，使用环境友好，安全环保，推广价值高，易于推广使用。

技术领域：

本发明属于海水电池设备技术领域，涉及一种石墨烯-镁海水电池装置，具体是一种以石墨烯复合材料为阴极，以镁合金材料为阳极，以海水为电解质的单元组合式海水电池。

背景技术：

随着人们对海洋科研和海洋资源开发活动的深入发展，海洋监测、海洋工程、海洋军事活动、海洋救生及潜航器等海洋装备，特别是海洋深水探测和资源开发生产活动，对电源提出了迫切的需求，仅靠具有很大局限性的电缆输送岸电、船舶供电或复充式电池供电方式是远远不能满足日益突出的海上活动要求，大大限制了人们深入发展和进行海洋科研和生产活动，多年来人们一直在寻求制造一种适应海洋活动使用的、相对长效的独立电源，使用前景广阔的海水电池应运而生。科学家们先后发明了氯化银海水电池、铝海水电池和锌海水电池等，均因其材料昂贵或具有不可逆的技术缺陷难以推广使用。镁具有电位高、重量轻、理化性能好和加工成本低等特点，特别是镁合金材料被公认为是目前海水电池最好的阳极材料，所以，以镁合金材料做海水电池的阳极具有成本低廉、技术可达和对环境友好等优势；但是，镁合金存在在海水中腐蚀速度过快，致使极板易松动脱落、使用寿命短以及腐蚀产物聚集后会造成自放电或电池短路的客观缺陷，这些客观缺陷均属于主观技术易于克服的可达范围。现有技术中的镁海水电池的阴极一般采用石墨、碳钢或铜合金等惰性导电材料，其通电密度一般＜1.5mA/cm²，对海水溶氧还原催化效率低、反应速度慢、稳定性差，严重抑制了电能的生成，也大大制约了海水电池的发展与应用推广。因此，寻求一种功能更好、效率更高的阴极材料，设计制造一种综合性能更好的海水电池。

石墨烯是一种由碳原子以SP²杂化轨道组成的六角形、呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，其厚度仅有0.335nm，比表面积可达2630m²/g；石墨烯具有超强的稳定性：石墨烯中的碳原子均由共价键相连接，C-C键强度比金刚石更加稳定；石墨烯具有突出的导电性：电子迁移率可达到15000cm²/v.s，是单晶硅中电子迁移率(1400cm²/v.s)的150倍以上，电子在石墨烯中的运动速度可达到光速的1/300(光速300000km/s)，其电导率可达到10⁸S/m，电子迁移率基本不受温度影响；石墨烯具有突出的力学性能：石墨烯是已知强度最高的新材料，抗拉强度为125GPa，弹性模量1.1TPa，强度极限为42N/m²，其结构致密、具有很好的柔性，如用100nm的石墨烯膜制成包装袋可承受2T重物品压力；具有突出的导热性能：石墨烯在常温下热导率为5300W/m.k，是铜的13倍；并且石墨烯与高分子材料之间具有良好的理化互溶性。由此可见，石墨烯是镁海水电池惰性阴极的理想材料，为制造一种石墨烯—镁海水电池提供了可能。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种石墨烯-镁海水电池装置，采用具有突出电功能特性的石墨烯复合材料做海水电池的惰性阴极，镁合金材料做阳极，海水做电解质。