镁锑液态金属储能电池原理 Mg-Sb Liquid Metal Battery

Magnesium ?Antimony Liquid Metal Battery for Stationary Energy Storage

David J.Bradwell,Hojong Kim,*Aislinn H.C.Sirk,?and Donald R.Sadoway *

Department of Materials Science and Engineering,Massachusetts Institute of Technology,77Massachusetts Avenue,Cambridge,Massachusetts 02139-4307,United States

*Supporting Information

arge-scale energy storage is poised to play a critical role in enhancing the stability,security,and reliability of tomorrow ’s electrical power grid,including the support of intermittent renewable resources.1Batteries are appealing because of their small footprint and flexible siting;however,conventional battery technologies are unable to meet the demanding low-cost and long-lifespan requirements of this application.A high-temperature (700°C)magnesium ?antimony (Mg ||Sb)liquid metal battery comprising a negative electrode of Mg,a molten salt electrolyte (MgCl 2?KCl ?NaCl),and a positive electrode of Sb is proposed (Figure 1).Because of density differences and immiscibility,the salt and metal phases stratify into three distinct layers.During discharge,at the negative electrode Mg is oxidized to Mg 2+(Mg →Mg 2++2e ?),which dissolves into the electrolyte while the electrons are released into the external circuit.Simultaneously,at the positive electrode Mg 2+ions in the electro-lyte are reduced to Mg (Mg 2++2e ?→Mg Sb ),which is deposited into the Sb electrode to form a liquid metal alloy (Mg ?Sb)with attendant electron consumption from the external circuit (Figure 2).The reverse reactions occur when the battery is charged.Charging and discharging of the battery are accompanied by volumetric changes in the liquid electrodes.The difference in the chemical potentials of pure Mg (μMg )and Mg dissolved in Sb [μMg(in Sb)]

generates a voltage that can be expressed as E RT F a a 2ln cell Mg(in Sb)Mg =?????

??

?where R is the gas constant,T is temperature in Kelvins,F is the Faraday constant,a Mg(in Sb)is the activity of Mg dissolved in Sb,and a Mg is the activity of pure Mg.

Recent work on self-healing Li ?Ga electrodes for lithium ion batteries has demonstrated the appeal of liquid components.2While solid electrodes are susceptible to mechanical failure by mechanisms such as electrode particle cracking,3these are

inoperative in liquid electrodes,potentially endowing cells with

unprecedented lifespans.The self-segregating nature of liquid electrodes and electrolytes could also facilitate inexpensive manufacturing of a battery so constructed.However,there do not appear to be economical materials options that exist as liquids at or near room temperature.

Previous work with elevated-temperature liquid batteries demon-strated impressive current density capabilities (>1000mA/cm 2when discharged at 0V)with a variety of chemistries.4?7However,that work generally used prohibitively expensive metalloids (such as

Bi and Te)as the positive electrode.The resulting cells exhibited

self-discharge current densities of 40mA/cm 2,attributed to the

solubility of the negative electrode metal (i.e.,Na)in the

Received:October 17,2011

Published:January 6,

2012

Figure 1.Sectioned Mg ||Sb liquid metal battery operated at 700°C showing

the three stratified liquid phases upon cooling to room temperature.The cell was filled with epoxy prior to sectioning.

electrolyte.5These systems failed to achieve commercial success,possibly because of a lack of interest in grid-scale storage at that time or the use of high-cost metalloids.Sb is less costly ($7/kg average commodity price over the past 5years)and more earth-abundant than Bi ($24/kg)and Te ($150/kg).8When costs are compared on a per-mole basis (which is more relevant when considering the cost per unit of energy storage capacity),Sb ($0.74/mol)appears even more appealing than Bi ($4.40/mol)and Te ($19.19/mol).Interestingly,the use of Sb had not,until now,been demonstrated in a liquid metal battery.Mg was selected as the negative electrode material on the basis of its low cost ($5.15/kg,$0.125/mol),high earth abundance,low electronegativity,and overlapping liquid range with both Sb and candidate electrolytes.The electrolyte was MgCl 2:NaCl:KCl (50:30:20mol %),which was selected on the basis of its sufficiently low melting point (396°C 9)and the greater electrochemical stability of NaCl and KCl in comparison with MgCl 2.10

Mg ||Sb single cell batteries were assembled in the fully charged state in an Ar-filled glovebox,placed inside a sealed test vessel,and heated in a vertical tube furnace to 700°C.When the cell was heated above the melting point of the molten salt,cell open-circuit voltages were found to stabilize at ～0.44V,consistent with thermodynamic data.11

The cells were electrochemically characterized by cyclic voltammetry (CV)and electrochemical impedance spectrosco-py (EIS)using a two-electrode electrochemical setup with the negative electrode (Mg)as the counter electrode/reference electrode and the positive electrode (Sb)as the working electrode.The cells exhibited negligible charge-transfer over-potentials,as demonstrated by the linearity of the current ?voltage relationship in the CV scans and the absence of an obvious semicircle in the EIS scans.The slope of the CV was consistent with the area-normalized solution resistance as measured through EIS (typically 1.1Ωcm 2),further demonstrating IR voltage loss to be the dominant overpotential.There were,however,indications of mass-transport limi-tations under certain conditions.The cells exhibited increased cell impedance at lower EIS scan frequencies,suggesting that at long time periods the reaction rates might be limited by diffusion.12Mass-transport limitations could arise from local depletion of Mg 2+ions in the electrolyte at either of the electrode ?electrolyte interfaces or Mg mass-transport limi-tations in the Mg ?Sb electrode at the Mg ?Sb electrode |electrolyte interface.Further electrochemical characterization was performed.Stepped-potential experiments indicated low leakage current densities of <1mA/cm 2,well below those of previously studied systems.This was attributed to the complexation of Mg 2+by ligand donors from the supporting electrolyte (NaCl,KCl)13and the

attendant suppression of metal solubility in its halide salts.

14Cells cycled at 50mA/cm 2for a predefined discharge period of 10h to a cutoff charging voltage limit of 0.85V achieved a round-trip Coulombic efficiency of 97%and a voltage efficiency of 71%,resulting in an overall energy efficiency of 69%(Figure 3a).At full discharge,the composition of the positive (bottom)liquid electrode was estimated to be 12mol %Mg and 88mol %Sb.Cells were fully

discharged at various rates ranging from 50to 200mA/cm 2with 0.05V as the discharge cutoff limit (Figure 3b).Operation at higher current density resulted in increased IR voltage loss and decreased capacity,

consistent

Figure 2.Schematic of a Mg ||Sb liquid metal battery comprising three liquid layers that operates at 700°C.During charging,Mg is electrochemically extracted from the Mg ?Sb alloy electrode and deposited as liquid Mg on the top (negative)electrode.During discharging,the Mg electrode is consumed,and Mg is deposited into the Mg ?Sb liquid bottom (positive)electrode.During charging,the battery consumes energy;upon discharge,the battery supplies

energy.Figure

3.Electrochemical performance of a Mg ||Sb liquid metal battery operated at 700°C.(a)Variation of the cell voltage with the state of charge over one cycle.The current was set at 50mA/cm 2.(b)Deep discharge results at different current rates.The theoretical cell

EMF was calculated from data in the literature.11

with the measured solution resistance and observed mass-transport limitations.The operating efficiency could be improved by reducing the thickness of the electrolyte or operating at lower current density.The cell performance could be optimized by changes in the current collector design and in the electrolyte composition to increase the cell conductivity.Cells were cycled more than 30times for periods of up to 2weeks and did not exhibit obvious signs of corrosion of the solid-state cell components (current collectors and walls),as

determined through optical imaging and scanning electron

microscopy (SEM)/energy-dispersive spectroscopy (EDS)analysis.Analysis of the positive electrodes of cells that were cooled in a discharged state revealed the presence of Mg platelets,consistent with the formation of Mg 3Sb 2(Figure 4).The Mg ?Sb phase diagram indicates that a two-phase micro-

structure is to be expected as a result of phase separation as the electrode is cooled from a Mg ?Sb single-phase liquid regime

into a two-phase Sb and Mg 3Sb 2regime.

Stationary storage applications require devices to operate reliably for many years.In the present study,corrosion was not an issue.However,after several weeks of cycling,the cells ceased to operate.The observed cause of failure was evaporation of the molten salt electrolyte into the surrounding containment vessel,a mechanism that could be mitigated by

alternative cell designs with reduced head space.In summary,an all-liquid battery with Mg and Sb liquid metal electrodes has been proposed and its performance capability demonstrated.The use of Sb as the positive electrode

and the self-segregating nature of the liquid components may enable a low-cost energy storage solution.Cells were cycled

under constant-current conditions,demonstrating high current density capabilities and negligible corrosion of the solid-state cell components over the testing period.Further work is required for evaluation of the long-term performance of the proposed cells,which may require an

alternative cell design.At some larger scale,the action of

electric current flowing through the electrolyte could generate

enough Joule heat to keep the components molten,thereby

obviating the need for external heaters,as is the case with

electrolytic cells producing aluminum on a commercial scale.15

Future work will include long-term corrosion testing of solid-state components,current collector optimization,and investigation of alternative sheath materials.While the initial cell performance results are promising,exploration of other metal ?metalloid couples with still greater cell voltages and lower operating temperatures is warranted.If a low-cost,high-voltage system with sufficiently low levels of corrosion were discovered,it would find

utility in a wide array of stationary storage applications.■ASSOCIATED CONTENT *Supporting Information

Experimental procedures,cell design details,heating profile,materials selection,and additional electrochemical results.This material is available free of charge via the Internet at http://

https://www.wendangku.net/doc/9f1725972.html,.

■AUTHOR INFORMATION

Corresponding Author

hojong@https://www.wendangku.net/doc/9f1725972.html,;dsadoway@https://www.wendangku.net/doc/9f1725972.html,

Present Address

?Department of Law,University of Victoria,Victoria,BC,Canada.■ACKNOWLEDGMENTS

Financial support from the Deshpande Center for Technological Innovation at MIT,the Chesonis Family Foundation at MIT,the Advanced Research Projects Agency-Energy (U.S.Department of

Energy),and Total,S.A.is gratefully acknowledged.

■REFERENCES

(1)Advanced

Electricity

Storage Technologies Programme.Energy

Storage Technologies:A Review Paper ;Australian Greenhouse Office,Department of the Environment and Heritage:Commonwealth of

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chemistry ;Plenum Press:New York,1981;Vol.2,pp 301?

325.Figure 4.(a)Cross section of a Mg ||Sb cell.(b)SEM image of a positive electrode in the discharged state.(c)Mg EDS map showing high Mg concentrations in sectioned platelets.

《专题研究》试卷--郑超

2014级《专题研究》试卷 1.解释p-n结的形成及光生伏特效应。 答:p-n结的形成:当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是P－N结。 “光生伏特效应”（ Photovoltaic effect），简称“光伏效应”。光伏效应指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。通过光照在界面层产生的电子－空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。 2.简述半导体光催化在环境光催化和能源光催化中的应用。 环境光催化方面：我们面临越来越严重的空气污染，来自工业生产、汽车尾气释放的有机气体造成了室内外的空气质量显著下降．研究表明，利用TiO2光催化所产生的活性氧可有效地降解这些有机污染物，而且不产生二次污染。例如，在居室墙壁，陶瓷等建材表面，涂敷TiO2光催化薄膜或在房间内安放TiO2光催化设备，不仅能减少空气中的微生物和病菌污染颗粒，而且还能有效降解空气中的各种有害有机物质和臭味物质，净化室内空气，改善空气质量。 能源光催化：以光催化制氢为例。目前的氢能还主要是依靠煤和天然气的重整来获得，这必然会加剧非可再生能源的消耗，而且还会带来环境污染问题。以水和生物质等可再生物资为原料，利用太阳能光催化分解水制氢的方法可以从根本上解决能源及环境污染问题，光催化分解水制氢已成为新能源探索的研究热点之一。 3.简述目前商业化的电化学能量存储系统有哪些，各自优缺点以及 未来发展趋势？ 全钒液流电池：优点为，钒离子溶解于水溶液，在充、放电过程中，只发生钒离子的价态变化，因此充放电应答速度快；电解质溶液为水溶液，无潜在爆炸或着火危险，安全性高；钒离子作为唯一的金属离子，离子环境单一，则增加其使用寿命；电池材料廉价，前期投资少。缺点是，电池总体效率低，占用体积大，设备容易被腐蚀，且对运行环境温度要求苛刻。 钠硫电池：优点是，比能量高，理论比能量达760W·h/kg；充放电效率高；由于采用固态电解质，因此没有自放电，能量效率高；能耐2000次以上的充放电，寿命长，无污染。缺点是：钠硫电池不能过充与过放，需要严格控制电池的充放电状态；电解质变质或者受到破坏，容易在电池内部造成钠和硫的短路而烧毁；硫和钠在350℃时熔解，因此需要外接加热设备。 锂离子电池：优点是，锂离子电池能量密度大，实际比能量大，使用寿命长，相比其他

深度解密液态金属

深度解密液态金属 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

深度解密：液态金属 液态金属，这个不断从Apple传出绯闻的材料，从iphone4开始，iphone5，iphone6，iwatch，还有未来将要上市的iphone7，每次新品发布前各种各样的爆料和揭秘都有她的身影 传闻iPhone 7还将加入一种硬度更高的液化金属，这种液态金属材料可以有效减少机身弯曲状况的发生，困扰苹果很久的“弯曲门”事件将不会在iPhone 7上出现。 那今天我们借着这个主题来看看这个屌炸天的‘液态金属’。首先我们调研下，你是否以为液态金属就是有着液体一样形态的金属（当然如果你是这个行业的大拿可以直接跳过这一段）。 首先我们先说液态金属NOT液态的！ 很多东西是不能按照字面意思来理解的，就好像玻璃钢，它既不是玻璃也不是钢，但是人家就是任性的这么取名字了。同理，液态金属并不是成液体状的金属。 Liquidmetal，在常温下是固体的，和金银铜铁之类的普通金属没什么两样。 我们来重新定义一下液态金属（Liquid Metal）：Liquidmetal（由液态与金属两字所复合）与 Vitreloy 是一系列由加州理工学院研究团队所开发出来的非晶态金属合金的商业名称，目前由该团队所组织的液态金属科技公司（Liquidmetal Technologies Inc.）进行行销，并是公司的产品名称与商标名称。 液态金属科技有限公司总部坐落在美国加州Rancho Santa Margarita, California, along with the Corporate R&D Technology Center. 非晶态金属合金，英文Amorphous Alloy，其中Amorphous是指的非晶态的，Alloy则是指的合金。简单来说就是非晶+合金，这不是废话吗...因其与常见晶体材料有明显的结构区别而得名。同时，也被称为金属玻璃（Metallic Glass），因其与常见的玻璃有类似结构。顺便多说一句，该种材料最先由美国加州理工的Duwez 教授在1960年用快淬工艺制备得到，当时得到的是Au-Si非晶合金。 接下来，我们要引入一个重要概念： Crystallinity 结晶性

年产兆瓦镁空气燃料电池项目环境影响评价评价评价报告书

长沙锦锋新能源科技有限公司 年产1兆瓦镁空气燃料电池 环境影响报告书 （送审稿） 中南金尚环境工程有限公司 月7年2017． 目录 附件： 附件1：环评委托书 附件2：厂房租赁合同 附件3：宁乡县环境保护局关于《湖南省长沙金洲大学科技园资产管理有限公司湖南省大学科技产业园建设项目环境影响报告书的批复》宁环复【2015】44号附件4：相关专利证明 附图： 附图1：项目地理位置图 附图2：厂区平面布置图 附图3：项目周围环境及场地现状图 附图4：项目环境保护目标示意图及大气监测布点图 ：湖南大学科技产业园平面布置图5附图 1概述 1.1 项目背景 绿色可再生能源是21 世纪全世界各国都倍加关注的新型洁净能源产业。目前广泛看好的锂电池由于本身固有的安全性差、充电要求过于苛刻、充电时间长，电池使用寿命较短和使用成本较高等缺陷已成为电动车辆产业化发展的桎梏。而目前具有体积小、电容量高、安全性高、运行综合费用低廉、可循环使用、无污染等优秀特质的金属空气燃料电池的研发成为解决这一问题的关键。 燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其转换为电能，从这一点看，它和其他化学电池如铅蓄电池是类似的。但是它工作时需要连续的向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大

一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。金属燃料电池是以活泼固体金属（铝、锌、镁、钙、锂等）为燃料，以碱性或中性溶液为电解液，空气中的氧气作为氧化剂的一款电池，金属燃料电池具有原材料丰富、安全环保、能量密度高等一系列有点，被称为面向21世纪的新型绿色能源，具有良好的发展和应用前景。 镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料丰富、成本低、燃料易于贮运、可使用温度范围宽（-20~80℃）及污染小等特点。作为一种高能化学电源，在可移动电子设备、自主式潜航器电源、海洋水下仪器电源和备用电源等方面具有广阔的应用前景。 长沙锦锋新能源科技有限公司多年来一直致力于镁空气燃料电池的研发，目前已获国家多项专利，该公司研发的镁空气燃料电池已可实现产品的销售。因此长沙锦锋新能源科技有限公司投资700 万元，购买相应的设备，租用湖南省大学科 技产业园3栋101厂房作为镁空气燃料电池的生产场所（租赁面积约916.93 平方米）。 根据《建设项目环境影响评价分类管理名录》，项目属于“K 机械、电子“电气机械及器材制造，分类如下：“有电镀或喷漆工艺的；电池制造（无汞干电池除外）。本项目为电池制造，不属于无汞干电池，因此该项目做报告书，其他的做报告表” 需编制环境影响报告书。为了严格贯彻执行国家及地方有关环境保护政策、法规，并根据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国环境影响评价法》、《建设项目环境保护管理条例》（国务院令第253号）中的有关规定，长沙锦锋新能源科技有限公司委托中南金尚环境工程有限公司承担“长沙锦锋新能源科技有限公司年产1兆瓦镁空气燃料电池”的环境影响评价工作（委托书详见附件1）。 按照环评导则及相关法规的要求，环评项目组经现场踏勘、调研及监测，收集了与本项目相关的技术资料及区域环境质量现状情况，在工程分析及环境影响预测，征询有关部门及公众意见的基础上，编制完成了本项目环境影响报告书。 1.2 环评工作过程 本次评价工作分为三个阶段，第一阶段的主要工作为前期准备、调研。具体工作内容是研究国家和地方有关环境保护的法律法规、政策、标准及相关规划，并在此基础上进行环境影响因素的识别与评价因子筛选，明确评价工作的重点和环境保护目标，确定大气、水、噪声等专项评价的工作等级、评价范围和评价基础，制定本次评价的工作方案；第二阶段的工作是根据评价工作方案完成评价范围内环境状况的调查、监测与评价，完成项目的工程分析，并在工程分析的基础上对各环境要素进行环境影响预测与评价；第三阶段的工作是提出环境保护措施，进行技术经济论证，给出项目环境可行性的评价结论，最终完成环境影响报告书的编制。 1.3 关注的主要环境问题 根据项目特点，本项目关注的主要环境问题是： ①项目与湖南省大学科技产业园准入条件分析。 ②生产过程乙醇废气对大气环境以及敏感保护目标的影响及控制措施。 ③环境风险影响分析。 1.4 评价结论

锂电池的工作原理

锂离子电池的工作原理 锂离子电池的结构如图2.1和图2.2 所示，一般由正极、负极和高分子隔膜构成。 锂离子电池的正极材料必须有能够接纳锂离子的位置和扩散路径，目前应用性能较好的正极材料是具有高插入电位的层状结构的过渡金属氧化物和锂的化合物，如Li x CoO2，Li x NiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4等，这些正极材料的插锂电位都可以达到4V以上。负极材料一般用锂碳层间化合物Li x C6，其电解质一般采用溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6的有机溶液。典型的锂离子蓄电池体系由碳负极(焦炭、石墨)、正极氧化钴锂(Li x CoO2）和有机电解液三部分组成。 锂离子电池的电化学表达式： 正极反应： 负极反应： 电池反应： 式中：M=Co、Ni、Fe、W等。 图2.1 锂离子电池结构示意图图2.2 圆柱形锂离子电池结构图锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池”。 锂离子蓄电池是在锂蓄电池的基础上发展起来的先进蓄电池，它基本解决了

困扰锂蓄电池发展的两个技术难题，即安全性差和充放电寿命短的问题。锂离子电池与锂电池在原理上的相同之处是：在两种电池中都采用了一种能使锂离子嵌入和脱嵌的金属氧化物或硫化物作为正极，采用一种有机溶剂—无机盐体系作为电解质。不同之处是：在锂离子电池中采用使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极。因此，这种电池的工作原理更加简单，在电池工作过程中，仅仅是锂离子从一个电极(脱嵌)后进入另一个电极(嵌入)的过程。具体来说，当电池充电时锂离子是从正极中脱嵌，在碳负极中嵌入，放电时反之。在充放电过程中没有晶形变化，故具有较好的安全性和较长的充放电寿命。 锂离子电池的主要性能 锂离子电池的额定电压为3.6V（少数的是3.7V）。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：石墨的4.2V；焦炭的4.1V。充电时要求终止充电电压的精度在±1％之内。锂离子电池的终止放电电压为2.4～2.7V（电池厂家给出工作电压范围或终止放电电压的参数略有不同）。高于终止充电电压及低于终止放电时会对电池有损害。 其使用有一定要求：充电温度：0℃～45℃；保存温度：-20℃～+60℃。锂离子电池不适合大电流充放电。一般充电电流不大于1C，放电电流不大于2C（C 是电池的容量，如C=950mAh，1C的充电率即充电电流为950mA）。充电、放电在20℃左右效果较好，在负温下不能充电，并且放电效果差[4]，（在-20℃放电效果最差，不仅放电电压低，放电时间比20℃放电时的一半还少）。 锂离子电池的充放电特性 锂离子电池的标称电压为3.6V，充满电压为4.2V，对过充电和过放电都比较敏感。为了最大限度减少锂离子电池易受到的过充电、深放电以及短路的损害，单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。其充放电特性如图2-3 锂离子电池的充电特性 锂电池在充电中具有如下的特性: 1.在充电前半段，电压是逐渐上升的; 2.在电压达到4.2V后，内阻变化，电压维持不变; 3.整个过程中，电量不断增加; 4.在接近充满时，充电电流会达到很小的值。 经过多年的研究，已经找到了较好的充电控制方法: 1.涓流充电达到放电终止电压 2. 7V ; 2.使用恒流进行充电，使电压基本达到4.2V。安全电流为小于0.8C; 3.恒流阶段基本能达到电量的80% ;

纯电动汽车的基本结构和原理

纯电动汽车的基本结构和原理 与燃油汽车相比，纯电动汽车的结构特点是灵活，这种灵活性源于纯电动汽车具有以下几个独特的特点。首先，纯电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转动轴传递的，因此，纯电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性。其次，纯电动汽车驱动系统的布置不同，如独立的四轮驱动系统和轮毂电动机驱动系统等，会使系统结构区别很大；采用不同类型的电动机，如直流电动机和交流电动机，会影响到纯电动汽车的重量、尺寸和形状；不同类型的储能装置，如蓄电池，也会影响纯电动汽车的重量、尺寸及形状。另外，不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构，例如，蓄电池可通过感应式和接触式的充电机充电，或者采用更换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中充电。 纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车相同，不过有些部件根据所选的驱动方式不同，已被简化或省去了。所以电力驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能特征，也是纯电动汽车的核心，它相当于传统汽车中的发动机与其他功能以机电一体化方式相结合，这也是区别于传统内燃机汽车的最大不同点。 1、电力驱动控制系统 电力驱动控制系统的组成与工作原理如图5.1所示，按工作原理可划分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。 1)车载电源模块 车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。

(1)蓄电池电源。蓄电池是纯电动汽车的唯一能源，它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外，也是供应汽车上各种辅助装置的工作电源。蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组合成所要求的电压一般为12V或24V的低压电源，而电动机驱动一般要求为高压电源，并且所采用的电动机类型不同，其要求的电压等级也不同。为满足该要求，可以用多个12V 或24V的蓄电池串联成96～384V高压直流电池组，再通过DC／DC转换器供给所需的不同电压。也可按所需要求的电压等级，直接由蓄电池组合成不同电压等级的电池组，不过这样会给充电和能源管理带来相应的麻烦。另外，由于制造工艺等因素，即使同一批量的蓄电池其电解液浓度和性能也会有所差异，所以在安装电池组之前，要求对各个蓄电池进行认真的检测并记录，尽可能把性能接近的蓄电池组合成同一组，这样有利于动力电池组性能的稳定和延长使用寿命。 (2)能源管理系统。能源管理系统的主要功能是在汽车行驶中进行能源分配，协调各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系统与电力驱动主模块的中央控制单元配合在一起控制发电回馈，使在纯电动汽车降速制动和下坡滑行时进行能量回收，从而有效地利用能源，提高纯电动汽车的续程能力。能源管理系统还需与充电控制器一同控制充电。为提高蓄电池性能的稳定性和延长使用寿命，需要实时监控电源的使用情况，对蓄电池的温度、电解液浓度、蓄电池内阻、电池端电压、当前电池剩余电量、放电时间、放电电流或放电深度等蓄电池状态参数进行检测，并按蓄电池对环境温度的要求进行调温控制，通过限流控制避免蓄电池过充、放电，对有关参数进行显示和报警，其信号流向辅助模块的驾驶室显示操纵台，以便驾驶员随时掌握并配合其操作，按需要及时对蓄电池充电并进行维护保养。 (3)充电控制器。充电控制器是把电网供电制式转换为对蓄电池充电要求的制式，即把交流电转换为相应电压的直流电，并按要求控制其充电电流。充电器开始时为恒流充电阶段。

铅酸蓄电池的结构和工作原理

铅酸蓄电池的结构和工作原理 （一）铅酸蓄电池的结构 铅酸蓄电池主要由正极板组?负极板组?隔板?容器和电解液等构成,其结构如下图所示： 1.极板 铅酸蓄电池的正?负极极板由纯铅制成,上面直接形成有效物质,有些极板用铅镍合金制成栅架,上面涂以有效物质?正极(阳极)的有效物质为褐色的二氧化铅,这层二氧化铅由结合氧化的铅细粒构成,在这些细粒之间能够自由地通过电解液,将正极材料磨成细粒的原因是可以增大其与电解液的接触面积,这样可以增加反应面积,从而减小蓄电池的内阻?负极(阴极)的有效物质为深灰色的海绵状铅?在同一个电池内,同极性的极板片数超过两片者,用金属条连接起来,称为极板组

或极板群?至于极板组内的极板数的多少,随其容量(蓄电能力)的大小而异?为了获得较大的蓄电池容量,常将多片正?负极板分别并联,组成正?负极板组,如下图所示： 安装时,将正?负极板组相互嵌合,中间插入隔板,就形成了单格电池?在每个单格电池中,负极板的片数总要比正极板的片数多一片,从而使每片正极板都处于两片负极板之间,使正极板两侧放电均匀,避免因放电不均匀造成极板拱曲? 2.隔板 在各种类型的铅酸蓄电池中,除少数特殊组合的极板间留有宽大的空隙外,在两极板间均需插入隔板,以防止正?负极板相互接触而发生短路?这种隔板上密布着细小的孔,既可以保证电解液的通过,又可

以阻隔正?负极板之间的接触,控制反应速度,保护电池?隔板有木质?橡胶?微孔橡胶?微孔塑料?玻璃等数种,可根据蓄电池的类型适当选定?吸附式密封蓄电池的隔板是由超细玻璃丝绵制作的,这种隔板可以把电解液吸附在隔板内,吸附式密封蓄电池的名称也是由此而来的? 3.容器 容器是用来盛装电解液和支撑极板的,通常有玻璃容器?衬铅木质容器?硬橡胶容器和塑料容器四种?容器用于盛放电解液和极板组,应该耐酸?耐热?耐震?容器多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成,为整体式结构,底部有凸起的肋条以搁置极板组?壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格,各单格之间用铅质联条串联起来?容器上部使用相同材料的电池盖密封,电池盖上设有对应于每个单格电池的加液孔,用于添加电解液和蒸馏水以及测量电解液密度?温度和液面高度? 4.电解液 铅酸蓄电池的电解液是用蒸馏水稀释高纯浓硫酸而成的?它的密度高低视铅蓄电池类型和所用极板而定,一般在15℃时为1.200～1.300g/cm3?蓄电池用的电解液(稀硫酸)必须保持纯净,不能含有危害铅酸蓄电池的任何杂质?电解液的作用是给正?负电极之间流动的离子创造一个液体环境,或者说充当离子流动的介质?电解液的相对密度对蓄电池的工作有重要影响,相对密度大,可减少结冰的危险并提

储能技术的三类价值体现

储能技术的三类价值体现 在过去相当长一段时间，储能在电网的应用技术主要是抽水蓄能，应用领域主要是移峰填谷、调频及辅助服务等。近年来，随着新能源发电技术的发展，风电、太阳能光伏发电等波动性电源接入电网的规模不断扩大，以及分布式电源在配网应用规模的扩大，储能及其在电网的应用领域和应用技术都发生了很大变化。储能技术类型不断增多，应用范围也在扩大，本文就从储能技术的类型与应用范围谈起。 储能技术即能量存储和再利用的技术，按其基本原理分类，可分为物理储能、化学储能以及一些前沿储能技术，其中物理储能包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能等，化学储能有铅炭电池、锂离子电池、液流电池、钠硫电池、超级电容器等，液态金属电池、铝空气电池、锌空气电池等属于比较前沿的技术。不同的储能技术其特征和应用范围也有所区别。单从储能技术评价指标来看，就包括功率规模、持续时间、能量密度、功率密度、循环效率、寿命、自放电率、能量成本、功率成本、技术成熟度、环境影响等。可以说，没有一种单一储能技术可以适应所有的储能需求，应按需选择合适的储能技术或技术组合。 1、储能技术简介 1.1抽水蓄能电站 抽水蓄能使用两个不同水位的水库。谷负荷时，将下位水库中的水抽入上位水库;峰负荷时，利用反向水流发电。抽水储能电站的最大特点是储存能量大，可按任意容量建造，储存能量的释放时间可以从几小时到几天，其效率在70%——85%。 1.2压缩空气储能 压缩空气储能系统主要由两部分组成：一是充气压缩循环，二是排气膨胀循环。在夜间负荷低谷时段，电动机—发电机组作为电动机工作，驱动压缩机将空气压入空气储存库;白天负荷高峰时段，电动机—发电机组作为发电机工作，储存的压缩空气先经过回热器预热，再与燃料在燃烧室里混合燃烧后，进入膨胀系统中(如驱动燃气轮机)发电。 1.3飞轮储能系统 飞轮储能利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化成机械能储存起来，在需要时飞轮带动发电机发电。近年来，一些新技术和新材料的应用，使飞轮储能技术取得了突破性进展，例如：磁悬浮技术、真空技术、高性能永磁技术和高温超导技术

新能源材料与器件导论试卷

新能源材料与器件导论 试卷 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

新能源材料与器件导论试卷 1. 可再生能源中生物质能、风能、太阳能、水能等能量来自于太阳。 2. 太阳能电池主要分为硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、多元化合物太阳能电池、聚合物太阳能电池四种。 3. 电池按照工作性质分类有原电池、蓄电池、贮备电池、燃料电池等四种。 4. 半导体发光材料的主要制备方法有固相合成法、溶胶凝胶法、水热与溶济热法、微波反应法、沉淀法等。 5. 吸附法、熔融共混法、封装法、溶胶凝胶法、压制烧结法是定型相变材料的主要制备方法。 6. 锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、LiMPO4、镍钴锰等五种。 7.太阳能电池主要由电池片、钢化玻璃、EVA、背板、铝合金、接线盒、硅胶等七部分构成。 8. 燃料电池的催化剂主要有贵金属、贵金属合金、过渡金属三种。 9. 相变储能材料主要应用于太阳能、工业余热、液化天然气冷能蓄冷、农业温室、电力调峰，建筑节能等方面。 1. 新能源，可再生能源，新材料；新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。可再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。它们在自然界可以循环再生。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。 2．电池：电池是指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，是一种以化学能的形式存储电能的装置。具有正负极之分。随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置。

高中化学二轮复习试题镁电池(解析强化版)

2020届届届届届届届届届届届届届 ——届届届届届届届届届届 1.如图是新型镁-锂双离子二次电池,下列关于该电池的说法不正确的是（） A. 放电时,Li+由左向右移动 B. 放电时,正极的电极反应式为Li1?x FePO4+xLi++xe?=LiFePO4 C. 充电时,外加电源的正极与Y相连 D. 充电时,导线上每通过1mole?,左室溶液质量减轻12g 2.金属(M)－空气电池的工作原理如图所示,下列说法不．正．确．的是 A. 金属M作电池负极 B. 电解质是熔融的MO C. 正极的电极反应：O2+2H2O+4e?=4OH? D. 电池反应：2M+O2+2H2O=2M(OH)2

3.已知：电池的理论比能量指单位质量的电极材料理论 上能释放出的最大电能。镁一空气电池的总反应方程 式为2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2,其工作原理如下图所 示,下列说法不正确是 A. 该电池的放电过程的正极反应为O2+4e?+2H2O=4OH? B. 为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜 C. 采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散 至电极 D. 与铝一空气电池相比,镁一空气电池的比能量更高 4.镁-过氧化氢燃料电池具有比能量高。安全方便等优点。其结构示意图如图所示、 关于该电池的叙述正确的是（） A. 该电池能在高温下正常工作 B. 电流工作时, H+向Mg电极移动 C. 电池工作时,正极周围溶液的pH将不断变小 D. 该电池的总反应式为：该电池的总反应式为Mg+H2O2+H2SO4=MgSO4+ 2H2O 5.采用双极膜电渗析技术,以NaBr为原料,用镁二次电池(有机卤代铝酸镁的THF溶液 为电解液)电解制备NaOH和HBr的实验装置如下图所示。下列说法正确的是（）

铅酸蓄电池结构详解

铅酸蓄电池结构详解 一、蓄电池的功用 蓄电池种类较多，根据电解液不同，有酸性和碱性之分。由于铅酸蓄电池阻小，电压稳定，在短时间能供给较大的起动电流，而且结构简单，价格较低，所以在汽车拖拉机上被广泛采用。 蓄电池为一可逆直流电源，在汽车拖拉机上与发电机并联，它的主要作用是：（1）发动机起动时，蓄电池向起动机和点火装置供电。起动发动机时，蓄电池必须在短时间（5~10s）给起动机提供强大的起动电流（汽油机为200~600A。柴油机有的高达1000A）。 （2）在发电机不发电或电压较低发动机处于低速时，蓄电池向点火系及其它用电设备供电，同时向交流发电机供给他激励磁电流。 （3）当用电设备同时接入较多，发电机超载时，蓄电池协助发电机共同向用电设备供电。 （4）当蓄电池存电不足，而发电机负载又较少时，可将发电机的电能转变为化学能储存起来，即充电。 （5）蓄电池还有稳定电网电压的作用。当发动机运转时，交流发电机向整个系统提供电流。蓄电池起稳定电器系统电压的作用。蓄电池相当于一个较大的电容器，可吸收发电机的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏。延长其使用寿命。 二、蓄电池的构造 车用12V蓄电池均由6个单格电池串联而成，每个单格的标称电压为2V，串联成12V的电源，向汽车拖拉机用电设备供电。

蓄电池主要由极板、电解液、格板、电极、壳体等部分组成。 1．极板 极板分为正极板和负极板两种。蓄电池的充电过程是依靠极板上的活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的。正极板上的活性物质是深棕色的二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质是海绵状、青灰色的纯铅（Pb）。 正、负极板的活性物质分别填充在铅锑合金铸成的栅架上，加入锑的目的是提高栅架的机械强度和浇铸性能。但锑有一定的副作用，锑易从正极板栅架中解析出来而引起蓄电池的自行放电和栅架的膨胀、溃烂，从而影响蓄电池的使用寿命。 负极板的厚度为1.8mm，正极板为2.2mm，为了提高蓄电池的容量，国外大多采用厚度为1.1~1.5mm的薄型极板。另外，为了提高蓄电池的容量，将多片正、负极板并联，组成正、负极板组。在每单格电池中，负极板的数量总比正极板多一片，正极板都处于负极板之间，使其两侧放电均匀，否则因正极板机械强度差，单面工作会使两侧活性物质体积变化不一致，造成极板弯曲。 2．隔板 为了减少蓄电池的阻和体积，正、负极板应尽量靠近但彼此又不能接触而短路，所以在相邻正负极板间加有绝缘隔板。隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，而且应具有良好的耐酸性和抗碱性。 隔板材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料以及浸树脂纸质等。近年来，还有将微孔塑料隔板做成袋状，紧包在正极板的外部，防止活性物质脱落。 3．壳体

2020届二轮复习 电化学 作业(全国通用)

电化学 1．一种全天候太阳能电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是() A．光照时，b极周围pH增大 B．光照时，H＋由a极室透过质子膜进入b极室 C．夜间无光照时，a极的电极反应式为V2＋－e－===V3＋ D．该电池与硅太阳能电池供电原理相同 解析：A项，根据太阳能电池的工作原理图可知，光照时，b极周围发生电极反应：VO2＋＋H2O－e－===VO＋2＋2H＋，产生H＋，pH减小，错误；B项，光照时，b极产生H＋，根据电子流向可知，H＋由b极室透过质子膜进入a极室，错误；C项，夜间无光照时，反应相当于蓄电池的放电反应，此时b极为电池的正极，a极为电池的负极，正确；D项，硅太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应，本题中电池是原电池的一种，发生的是化学变化，两者供电原理不同，错误。 答案：C 2．(2019·唐山一模)研究人员研发了一种“水电池”，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。在海水中，电池的总反应可表示为：5MnO2＋2Ag ＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水电池”在海水中放电时的有关说法正确的是() A．正极反应式：Ag＋Cl－＋e－===AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移4 mol电子 C．Na＋不断向“水电池”的负极移动 D．AgCl是氧化产物

解析：根据电池总反应可知，该电池的正极反应：5MnO2＋2e－===Mn5O2－10，负极反应：Ag＋Cl－－e－===AgCl，A错误；由正极反应式可知，1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子，B项错误；钠离子向正极移动，与Mn5O2－10结合，C错误；负极反应：Ag＋Cl－－e－===AgCl，Ag失电子，被氧化，则AgCl是氧化产物，D正确。 答案：D 3．埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护。下列说法正确的是 () A．该方法将电能转化成化学能 B．在此装置中钢管道作正极 C．该方法称为“外加电流的阴极保护法” D．镁块上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 解析：构成的是原电池，该方法是将化学能转化成了电能，A错误；根据图片知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法，钢管道作正极，B正确；根据图片知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法，C错误；镁块作负极，电极反应：Mg－2e－＋4OH－===Mg(OH)2↓，D错误。 答案：B 4．近几年科学家发明了一种新型可控电池——锂水电池，工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是()

年产1兆瓦镁空气燃料电池项目环境影响报告书

XX锦锋新能源科技XX 年产1兆瓦镁空气燃料电池 环境影响报告书 （送审稿） 中南金尚环境工程XX 2017年7月

目录1概述0 1.1项目背景0 1.2环评工作过程1 1.3关注的主要环境问题1 1.4评价结论1 2总则2 2.1编制依据2 2.2评价重点4 2.3评价因子4 2.4评级等级与评价X围5 2.5评价标准8 2.6环境保护目标10 3工程概况12 3.1工程基本情况12 3.3工程主要生产设备14 3.4主要原辅材料消耗15 3.5公用工程18 4建设项目工程分析20 4.1生产工艺及产污环节20 4.2物料平衡23 4.3污染源分析25 4.4污染源汇总29 5区域环境概况30 5.1区域自然环境概况30 5.2高新区概况32 5.3XX省大学科技产业园概况34 6 环境质量现状调查36 6.1大气环境现状调查及评价36 6.2地表水环境现状调查及评价37 6.3声环境质量现状调查及评价38 6.4生态环境质量现状调查与评价39 6.5地下水环境质量现状调查与评价39 7 环境影响预测与评价41 7.1施工期环境影响分析41 7.2营运期环境影响分析41 8 环境保护措施及其可行性论证47 8.1废气污染防治措施47

8.2废水污染防治措施技术分析48 8.3噪声治理措施分析49 8.4固体废物处理/处置措施分析49 8.5地下水环境影响保护措施49 8.6环保设施投资估算50 9环境风险分析51 9.1风险评价概述51 9.2风险识别52 9.3源项分析53 9.4环境风险评价54 9.5风险防X措施54 9.6应急预案55 9.7风险评价结论57 10 清洁生产分析58 10.1清洁生产概述58 10.2清洁生产水平分析58 11 总量控制分析60 11.1总量控制因子60 11.2总量控制指标60 12 环境影响经济损益分析61 12.1经济效益分析61 12.2社会效益分析61 12.3环境效益分析61 13 环境管理与监测计划62 13.1环境管理62 13.2环境监测计划64 13.3竣工环境保护验收64 14 项目建设合理性分析66 14.1产业政策符合性分析66 14.2选址可行性分析66 14.3平面布局合理性分析67 15 环境影响评价结论69 15.1评价结论69 15.2总结论72 15.3评价建议72

深度解密：液态金属..

深度解密：液态金属 液态金属，这个不断从Apple传出绯闻的材料，从iphone4开始，iphone5，iphone6，iwatch，还有未来将要上市的iphone7，每次新品发布前各种各样的爆料和揭秘都有她的身影？ 传闻iPhone 7还将加入一种硬度更高的液化金属，这种液态金属材料可以有效减少机身弯曲状况的发生，困扰苹果很久的“弯曲门”事件将不会在iPhone 7上出现。 那今天我们借着这个主题来看看这个屌炸天的‘液态金属’。首先我们调研下，你是否以为液态金属就是有着液体一样形态的金属？（当然如果你是这个行业的大拿可以直接跳过这一段）。

首先我们先说液态金属NOT液态的！ 很多东西是不能按照字面意思来理解的，就好像玻璃钢，它既不是玻璃也不是钢，但是人家就是任性的这么取名字了。同理，液态金属并不是成液体状的金属。

Liquidmetal，在常温下是固体的，和金银铜铁之类的普通金属没什么两样。 我们来重新定义一下液态金属（Liquid Metal）：Liquidmetal（由液态与金属两字所复合）与Vitreloy是一系列由加州理工学院研究团队所开发出来的非晶态金属合金的商业名称，目前由该团队所组织的液态金属科技公司（Liquidmetal Technologies Inc.）进行行销，并是公司的产品名称与商标名称。

液态金属科技有限公司总部坐落在美国加州Rancho Santa Margarita, California, along with the Corporate R&D Technology Center. 非晶态金属合金，英文Amorphous Alloy，其中Amorphous是指的非晶态的，Alloy 则是指的合金。简单来说就是非晶+合金，这不是废话吗？...因其与常见晶体材料有明显的结构区别而得名。同时，也被称为金属玻璃（Metallic Glass），因其与常见的玻璃有类似结构。顺便多说一句，该种材料最先由美国加州理工的Duwez教授在1960年用快淬工艺制备得到，当时得到的是Au-Si非晶合金。 接下来，我们要引入一个重要概念： Crystallinity 结晶性 Cristallinity，其实就是元素中，原子排列的形式，我们可以想象，金属内部如果放大，不会是乱成一锅粥的，这是它的天然属性，就是我们常说的晶体结构。但是，并非所有的物体，都有这个晶体结构，比如玻璃、陶瓷等等Ceramics（无机非金属）材料或者一部分Polymers（有机高分子）材料。 所以，往下又会分出三种类型的材料： 1、Crystalline 晶体

镁锑液态金属储能电池原理 Mg-Sb Liquid Metal Battery

Magnesium ?Antimony Liquid Metal Battery for Stationary Energy Storage David J.Bradwell,Hojong Kim,*Aislinn H.C.Sirk,?and Donald R.Sadoway * Department of Materials Science and Engineering,Massachusetts Institute of Technology,77Massachusetts Avenue,Cambridge,Massachusetts 02139-4307,United States *Supporting Information arge-scale energy storage is poised to play a critical role in enhancing the stability,security,and reliability of tomorrow ’s electrical power grid,including the support of intermittent renewable resources.1Batteries are appealing because of their small footprint and flexible siting;however,conventional battery technologies are unable to meet the demanding low-cost and long-lifespan requirements of this application.A high-temperature (700°C)magnesium ?antimony (Mg ||Sb)liquid metal battery comprising a negative electrode of Mg,a molten salt electrolyte (MgCl 2?KCl ?NaCl),and a positive electrode of Sb is proposed (Figure 1).Because of density differences and immiscibility,the salt and metal phases stratify into three distinct layers.During discharge,at the negative electrode Mg is oxidized to Mg 2+(Mg →Mg 2++2e ?),which dissolves into the electrolyte while the electrons are released into the external circuit.Simultaneously,at the positive electrode Mg 2+ions in the electro-lyte are reduced to Mg (Mg 2++2e ?→Mg Sb ),which is deposited into the Sb electrode to form a liquid metal alloy (Mg ?Sb)with attendant electron consumption from the external circuit (Figure 2).The reverse reactions occur when the battery is charged.Charging and discharging of the battery are accompanied by volumetric changes in the liquid electrodes.The difference in the chemical potentials of pure Mg (μMg )and Mg dissolved in Sb [μMg(in Sb)] generates a voltage that can be expressed as E RT F a a 2ln cell Mg(in Sb)Mg =????? ?? ?where R is the gas constant,T is temperature in Kelvins,F is the Faraday constant,a Mg(in Sb)is the activity of Mg dissolved in Sb,and a Mg is the activity of pure Mg. Recent work on self-healing Li ?Ga electrodes for lithium ion batteries has demonstrated the appeal of liquid components.2While solid electrodes are susceptible to mechanical failure by mechanisms such as electrode particle cracking,3these are inoperative in liquid electrodes,potentially endowing cells with unprecedented lifespans.The self-segregating nature of liquid electrodes and electrolytes could also facilitate inexpensive manufacturing of a battery so constructed.However,there do not appear to be economical materials options that exist as liquids at or near room temperature. Previous work with elevated-temperature liquid batteries demon-strated impressive current density capabilities (>1000mA/cm 2when discharged at 0V)with a variety of chemistries.4?7However,that work generally used prohibitively expensive metalloids (such as Bi and Te)as the positive electrode.The resulting cells exhibited self-discharge current densities of 40mA/cm 2,attributed to the solubility of the negative electrode metal (i.e.,Na)in the Received:October 17,2011 Published:January 6, 2012 Figure 1.Sectioned Mg ||Sb liquid metal battery operated at 700°C showing the three stratified liquid phases upon cooling to room temperature.The cell was filled with epoxy prior to sectioning.