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镁空气电池是近些年发展起来的清洁、高效、环保的新型电池,该电池具有存储性能好、环保无污染、比能量高等优点。镁空气电池由于具有存储时间长的特点,特别适合作为海上应急储备电源。但由于镁空气电池反应产物Mg(OH)2排出不及时会粘附在电极上影响电池的反应速率甚至使电池发生不可逆的膨胀破坏,目前开发的陆地使用的镁空气电池可以依靠人工定期更换电解液,而投放到海面的镁空气电池人为更换海水电解液几乎不可能。如何使镁空气电池在海上能够自动更换电解液的同时又不消耗其自身的化学能是将镁空气电池应用于海洋的技术关键。首先,针对上述问题,本文首次提出了一种具有自动更换电解液功能的镁空气电池结构。为加大电池电压和电池容量,提出了多腔串联、圆周分布的镁空气电池设计方案;为实现电解液的自动更换,提出了摆锤驱动装置。电解液更换装置利用偏心摆锤吸收海浪的动能产生转矩后推动棘轮旋转。摆锤单向做功,棘轮和转轴在单向轴承作用下只能顺时针旋转。经过减速器增大转矩后将动力传递给具有凸起结构的转盘,凸起触碰到海水腔底部的阀门时能够顶开阀门;凸起离开阀门时在其回复弹簧的作用下压紧阀门,关闭海水腔,做到有序地为每个海水腔更换电解液,避免了各腔室同时连通产生内耗。设计的镁空气电池样机包括6块镁合金阳极和12块空气阴极;电池腔体内均匀布置了6个空气腔和6个海水腔,电池盖板上对应海水腔和空气腔的位置开有逸气孔和进气孔,作为氧气和副反应产物氢气进出的通道。在每个海水腔内布置有镁合金阳极和控制电解液进出的阀门,并完成了电池的制造和组装。其次,通过AQWA仿真软件对镁空气电池浮体的水动力性能进行仿真分析。频域结果显示在浪向角为90°时浮体RAO值最大,在波浪频率为0.79Hz时电池浮体横摇纵摇RAO值取得最大值。时域结果显示在波高0.9m以下时,电池浮体横摇角不超过30°,纵摇角不超过32°。以上分析结果显示电池浮体在有效波高0.9m以下工作基本都是安全的。最后,本文对电池电解液更换装置和电池放电性能进行了测试。电解液更换装置测试结果显示在横摇角为25°时摆锤推动效果较好,摆锤质量实验显示电解液更换装置设计时摆锤质量需要选取一个合理值。电池放电性能测试结果显示电池总开路电压保持在8V±6%左右。海上实验表明样机基本实现了设计要求。