10、镁基与铝基电池的特性、化学原理及应用

镁基与铝基电池的特性、化学原理及应用

1. 镁基与铝基电池概述

镁和铝作为阳极材料在一次电池中具有一定的吸引力。它们具有高的标准电位，低原子量和多价态变化使其在重量和体积基础上都具有高的电化学当量，并且储量丰富、价格相对低廉。

1.1 镁电池

镁已成功应用于镁/二氧化锰（Mg/MnO₂）电池中。与锌 - 碳电池相比，镁电池具有以下主要优点：
- 容量保持性好，即使在高温储存条件下也是如此。
- 同等尺寸的镁电池的使用寿命或容量是锌电池的两倍。
- 电池电压比锌 - 碳电池高。
- 成本具有竞争力。

然而，镁电池也存在一些缺点：
- 存在电压延迟现象。
- 放电过程中会产生氢气。
- 使用过程中会产生热量。
- 部分放电后储存性能变差。

目前，镁电池的使用量正在显著下降，因为当前的趋势是使用锂一次电池和锂离子可充电电池。

1.2 铝电池

尽管铝具有潜在的优势，但它尚未在活性一次电池中得到成功应用。与镁类似，铝表面会形成一层保护膜，这对电池性能不利，导致电池电压远低于理论值，并会出现显著的电压延迟，特别是对于部分放电或储存后的电池。虽然可以通过使用合适的电解质或汞齐化来去除保护膜，但这样做会加速腐蚀并缩短保质期。不过，铝在铝/空气电池中得到了更成功的应用。

2. 镁一次电池的化学原理

镁一次电池使用镁合金作为阳极，二氧化锰作为活性阴极材料（与乙炔黑混合以提供导电性），以及由高氯酸镁组成的水性电解质，其中包含钡和锂铬酸盐作为缓蚀剂，氢氧化镁作为缓冲剂以提高储存性能（pH约为8.