人气排行榜如何镁海水燃料电池处理海水富营养化？工作原理揭秘！
近日，由中国科学院大连化学物理研究所醇类燃料电池及复合能源研究中心金属燃料电池系统研究组王二东研究员团队研制的/海水燃料电池及组合能源技术研究成功完成了3000米水深海试验，实现了新型镁/海水燃料电池在深海装备上的首次实际应用。
那镁燃料电池是什么？它又是如何工作的呢？让我们来了解一下。
一、镁海水燃料电池是什么
海水电池在20世纪40年代开始出通常指在海洋环境中工作并以海水作为电解质的化学电源。镁/海水燃料电池的阳极为镁或镁合金，阴极根据不同的电池类型可以选用碳材料载Pd-Ir、CuCl、AgCl和PbCl2等，利用海水中溶解的氧气为氧化剂，将金属镁的化学能转化为电能，一般采用开放式结构设计。二、镁海水燃料电池有哪些分类
镁海水燃料电池可分为小功率镁海水电池、半燃料镁海水电池和大功率镁海水电池。其中小功率海水电池以镁为阳极，炭材料为阴极，海水作电解质，海水中溶解的氧气为氧化剂，一般为开放式结构。该电池由于电解质和O2直接取自水，唯一消耗的是镁，因而具有很高的比能量，且结构简单、造价低廉、安全可靠、干存储时间无限长。半燃料镁海水电池主要以Mg/H2O半燃料海水电池为主。与铝电极相比，采用镁电极可不添加NaOH等碱性电解质，能较大幅度提高比能量。但能承载的电流密度较Al/H₂O₂一般在50mA/cm²以下。大功率镁海水电池根据其正极材料的不同，还可细分为Mg/CuCl和Mg/AgCl两种，其中，后者目前被广泛应用于鱼。
三、镁海水燃料电池有什么特点
根据镁海水燃料电池的构成，其最突出的特点就是不需要携带电解质，可以利用天然海为电解液。此外通过对电池结构的简化，电极材料的改变，以及工作环境海水本身具有压力和流动性等，镁海水燃料还具有能量密度高、安全性好、可全海深工作等优点，再加上镁海水燃料电池的电解质和氧气直接来自海水，唯一消耗的是金属镁，它还进一步拥有很高的比能量因此被认为在深海着陆器、深海原位实验站等海洋装备领域具有很好的应用前景。
四、镁海水燃料电池有什么价值
人类会的发展，离不开对各种资源的开发和利用。在陆地资源逐渐枯竭的今天，人们开始加速对海洋的开发和利用。而在进行深海探测时，为保证测试和监设备能够长期稳定的工作，需要长期提供大量电能。镁离子电池的出现很好地满足了人们对于开发高性能、低成本、安全环保的大型充电电的需求。此次测试的镁/海水燃料电池系统的最大下潜工作深度为3252米，累计作业时间为24.5小时，累计为系统供电达到了3.4千瓦时，充分验证型镁/海水燃料电池的深海供电能力及长时间放电稳定性。并且镁在海水中的含量十分丰富，还兼具安全性高和对环境无污染的特点，相信水燃料电池的未来将越来越光明。
参考资料：[1]我所承担的国家重点研发计划课题镁/海水燃料电池及组合能源技术研究海试验收.中国科学院大连化学物理研究所.2020.12.3[2]大连化学物理研究所研制新型镁/海水燃料电池系统完成3000米水深海上试验.广网.2020.12.4[3]孙静,刘辉,齐元甲,等.镁合金阳极材料的研究现状及应用[J].热加工工艺,2020,v.49;No.532(06):35-.[4]林亚青.镁海水电池用镁合金阳极材料的研究[D].天津大学,2015.[5]林亚青,王为,桑林.镁海水电池及镁阳极材料的研究进展].材料保护,2015,48(11):38-42.[6]刘春娜.镁离子电池及镁燃料电池的研发进展[J].电源技术,2014,38(9):1603-1603。
海水富营养化的原因
问题一：富营养化的产生原因一谈到水体的富营养化，使人们常常想到总氮、总磷超标。 诚然，总氮、总磷等营养盐是发生富营养化的必要条件。 如果水体中总氮、总磷浓度很低，不可能发生富营养化。 反之则不然，水体中总氮、总磷浓度的升高并不一定发生富营养化。 富营养化的发生和发展是水体的整个环境系统出现失衡，导致某种优势藻类大量生长繁殖的过程。 因此要研究富营养化的发生机理和发生条件，实质上需了解藻类生物诸多差异，会出现不同的富营养化表现症状，即出现不同的优势藻类种群，并连带出现各种不同类型的水生生物种类的失衡。 但富营养化发生所必备的条件基本上是一样的，最主要的影响因素可以归纳为以下几个方面：①总氮总磷等营养盐相对比较充足；②铁，硅等含量比较适度；③适宜的温度，光照条件和溶解氧含量；④缓慢的水流流态，水体更新周期长。 只有在上述四方面条件都比较适宜的情况下，才会出现某种优势藻类“疯狂增长” 现象，发生富营养化。 食物链理论这是由荷兰科学家马丁・肖顿于1997年6月在“磷酸盐技术研讨会”上提出的。 该理论认为，自然水域中存在水生食物链。 如果浮游生物的数量减少或捕食能力降低，将使水藻生长量超过消耗量，平衡被打破，发生富营养化。 该理论说明营养负荷的增加不是导致富营养化的唯一原因。 生命周期理论这是近年来普遍为人们所接受的一种理论。 它认为，含氮和含磷的化合物过多排入水体，破坏了原有的生态平衡，引起藻类大量繁殖，过多的消耗水中的氧，使鱼类、浮游生物缺氧死亡，它们的尸体腐烂又造成水质污染。 根据这一理论，氮磷的过量排放是造成富营养化的根本原因，藻类是富营养化的主体，它的生长速度直接影响水质状态。 在合适的光照、温度、pH值、硅以及其它营养物质充分的条件下，植物的生长取决于外界供给它们养分最少的一种或两种，从藻类原C1o6H~0110N16P可以看出，生产1 kg藻类，需要消耗碳358 g，氢74 g，氧496 g，氮63g，磷9 g，显然氮磷是限制因子。 因此，要想控制水体富营养化，必须控制水体中氮磷等营养盐的含量及其比例。 食物链理论和生命周期理论争论的焦点在于氮磷是否为引起富营养化的主要原因，目前这两种争论尚未有最后的定论。 但从目前我国水体的富营养化状况来看，富营养化产生的原因主要是用后者(生命周期理论)来解释。 水体富营养化发生原因是多方面的。 在水体富营养化日益严重的今天，富营养化成因的研究已经取得了一定的成果，但是对于该成因的研究还有待于进一步深入。 到目前为止，还没有一套较成熟的理论能够在实际水体中用来预测富营养化发生；对于富营养化发生的各项指标还没有一个被广泛接受的严格量化的界定。 因此，系统深入地开展水体富营养化发生原因的研究，对于有效地开展水体富营养化综合治理与防治具有重大的理论意义和实用价值。 长繁衍的过程。 对于不同的水域，由于存在水域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等。 农田化肥为促进植物生长，提高农产品的产量，人们常施用较多的氮肥和磷肥，它们极易在降雨或灌溉时发生流失。 氮磷营养物的流失方式有：（1）随地表径流进入地面水体中；（2）下渗形成亚表面流（壤中流），通过土壤进行横向运动，然后排入地表水体中；（3）通过土壤层下渗到地下水中。 前2种是导致地表水富营养化的主要原因。 近年来的研究表明，磷能以溶解或吸附于土壤上的颗粒态形式通过土壤微孔结构运动下渗至亚表面流中，然后进入江、河、湖泊或海湾，而氮（硝酸盐氮）的渗透能力较强，能够下渗到地下水中污染地下水[3]。 氮和磷在被土壤吸附与解吸过程中，其中一部分溶解于水中，另一部分则继续保持吸附态，在运动中甚至会随土壤颗粒沉积下来，成为湖、河或海......>> 问题二：造成水体富营养化的原因是什么天然水体中由于过量营养物质（主要是指氮、磷等）的排入,引起各种水生生物、植物异常繁殖和生长,这种现象称作水体富营养化. 这些过量营养物质主要来自于农田施肥、农业废弃物、城市生活污水和某些工业废水. 污水中的氮分为有机氮和无机氮两类,前者是含氮化合物,如蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等,后者则指氨氮、亚硝酸态氮,它们中大部分直接来自污水,但也有一部分是有机氮经微生物分解转化作用而形成的. 城市生活污水中含有丰富的氮、磷,如人体排泄含有一定数量的氮,使用含磷洗涤剂,含有大量的磷等.另外如磷灰石、硝石、鸟粪层的开采、化肥的大量使用,也是氮、磷等营养物质进入水体的来源. 一般来说,总磷和无机氮分别为20毫克/立方米和300毫克/立方米,就可以认为水体已处于富营养化的状态.富营养化问题的关键,不是水中营养物的浓度,而是连续不断地流入水体中的营养盐的负荷量,因此不能完全根据水中营养盐浓度来判定水体富营养化程度.水体中营养物的极限负荷量有两种表示方法： 单位体积负荷量：克/（立方米.年） 单位面积负荷量：克/（平方米.年） 据研究,如进入水体中的磷大部分以生物代谢的方式流入时,则贫营养湖与富营养湖之间的临界负荷量是：总磷为0.0.5克/（平方米.年）,总氮为5～10克/（平方米.年）.总之,对发生富营养化作用来说,磷的作用远远大于氮的作用,磷的含量不很高时就可以引起富营养化. 在自然界物质的正常循环中,湖泊会由贫营养湖发展为富营养湖,进一步又发展为沼泽地和干地,但这一历程需要很长的时间,在自然条件下需几万年甚至几十万年.但由于水体污染而造成的富营养化将大大促进这一过程.如果氮、磷等植物营养物质大量而连续地进入湖泊、水库及海湾等缓流水体,将促进各种水生生物的活性, *** 它们异常繁殖（主要是藻类）,这样就带来一系列严重后果： （1）藻类在水体中占据的空间越来越大,使鱼类活动的空间越来越小；衰死藻类将沉积塘底. （2）藻类种类逐渐减少,并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主,而蓝藻有不少种有胶质膜,不适于作鱼饵料,而其中有一些种属是有毒的. （3）藻类过度生长繁殖,将造成水中溶解氧的急剧变化,藻类的呼吸作用和死亡的藻类的分解作用消耗大量的氧,有可能在一定时间内使水体处于严重缺氧状态,严重影响鱼类的生存. 问题三：水体富营养化是怎么原因？口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。 在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。 而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。 水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华（淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象）。 因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。 这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。 问题四：水体富营养化【发生水体富营养化的原因】 水体富营养化是一种有机污染类型，由于过多的氮、磷等营养物质进入天然水体而恶化水质。 施入农田的化肥，一般情况下约有一半氮肥未被利用，流入地下水或池塘湖泊，大量生活污水也常使水体过肥。 过多的营养物质促使水域中的浮游植物，如蓝藻、硅藻以及水草的大量繁殖，有时整个水面被藻类覆盖而形成“水花”，藻类死亡后沉积于水底，微生物分解消耗大量溶解氧，导致鱼类因缺氧而大批死亡。 水体富营养化会加速湖泊的衰退，使之向沼泽化发展。 【水体富营养化的危害】 富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。 溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。 同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。 因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。 【富营养化的防治对策】 富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的问题。 这是因为：①污染源的复杂性，导致水质富营养化的氮、磷营养物质，既有天然源，又有人为源；既有外源性，又有内源性。 这就给控制污染源带来了困难；②营养物质去除的高难度，至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水的氮、磷营养物质。 通常的二级生化处理方法只能去除30-50％的氮、磷。 本章仅简要介绍富营养化水体中除磷和除氮的方法。 【发生赤潮的原因】 赤潮是一种复杂的生态异常现象，发生的原因也比较复杂。 关于赤潮发生的机理虽然至今尚无定论，但是赤潮发生的首要条件是赤潮生物增殖要达到一定的密度，否则，尽管其他因子都适宜，也不会发生赤潮，在正常的理化环境条件下，赤潮生物在浮游生物中所占的比重并不大，有些鞭毛虫类（或者甲藻类）还是一些鱼虾的食物。 但是由于特殊的环境条件，使某些赤潮生物过量繁殖，便形成赤潮。 大多数学者认为，赤潮发生与下列环境因素密切相关。 【赤潮的防治与监测监视】 赤潮是袭扰许多沿海国家的一种新的海洋灾害，已引起沿海国家的高度重视，有的国家已严格控制污水和污染物的入海量，取得比较明显的效果。 从现有条件看，一旦大面积赤潮出现后，还没有特别有效的方法加以制止，对于一些局部小范围防治赤潮的方法，虽实验过多种，但效果还不够理想。 主要是利用化学药物(硫酸铜)杀灭赤潮生物，但效果欠佳，费用昂贵，经济效益和环境效益均不太好；有的采用网具捕捞赤潮生物，或采用隔离手段把养殖区保护起来；有的正在实验以虫治虫的办法，繁殖棱足类及二枚贝来捕食赤潮生物等等。 这些方法均在实验中，还未取得较大的突破，从发展趋势看，生物控制法，即分离出对赤潮藻类合适的控制生物，以调节海水中的富营养化环境将是较好的选择。 日本科学家发现人工养殖的铜藻藻体、江篱藻体等海藻在茂盛期，可以大量吸收海水中的氮和磷，如果在易发生赤潮的富营养化海域，大量养殖这些藻类，并在生长最旺盛时及时采收，能较好的降低海水富营养化的程度。 此外利用动力或机械方法搅动底质，促进海底有机污染物分解，恢复底栖生物生存环境，提高海区的自净能力，也是一种比较好又实用的方法。 利用粘土矿物对赤潮生物的絮凝作用，和粘土矿物中铝离子对赤潮生物细胞的破坏作用来消除赤潮，也取得了好进展，并有可能成为一项较实用的防治赤潮的途径，因为利用粘土治理赤潮具有很多优点，目前已证实的有：对生物......>> 问题五：造成水体富营养化的原因是什么天然水体中由于过量营养物质（主要是指氮、磷等）的排入,引起各种水生生物、植物异常繁殖和生长,这种现象称作水体富营养化. 这些过量营养物质主要来自于农田施肥、农业废弃物、城市生活污水和某些工业废水. 污水中的氮分为有机氮和无机氮两类,前者是含氮化合物,如蛋白质、多肽、氨基酸和尿素等,后者则指氨氮、亚硝酸态氮,它们中大部分直接来自污水,但也有一部分是有机氮经微生物分解转化作用而形成的. 城市生活污水中含有丰富的氮、磷,如人体排泄含有一定数量的氮,使用含磷洗涤剂,含有大量的磷等.另外如磷灰石、硝石、鸟粪层的开采、化肥的大量使用,也是氮、磷等营养物质进入水体的来源. 一般来说,总磷和无机氮分别为20毫克/立方米和300毫克/立方米,就可以认为水体已处于富营养化的状态.富营养化问题的关键,不是水中营养物的浓度,而是连续不断地流入水体中的营养盐的负荷量,因此不能完全根据水中营养盐浓度来判定水体富营养化程度.水体中营养物的极限负荷量有两种表示方法： 单位体积负荷量：克/（立方米.年） 单位面积负荷量：克/（平方米.年） 据研究,如进入水体中的磷大部分以生物代谢的方式流入时,则贫营养湖与富营养湖之间的临界负荷量是：总磷为0.0.5克/（平方米.年）,总氮为5～10克/（平方米.年）.总之,对发生富营养化作用来说,磷的作用远远大于氮的作用,磷的含量不很高时就可以引起富营养化. 在自然界物质的正常循环中,湖泊会由贫营养湖发展为富营养湖,进一步又发展为沼泽地和干地,但这一历程需要很长的时间,在自然条件下需几万年甚至几十万年.但由于水体污染而造成的富营养化将大大促进这一过程.如果氮、磷等植物营养物质大量而连续地进入湖泊、水库及海湾等缓流水体,将促进各种水生生物的活性, *** 它们异常繁殖（主要是藻类）,这样就带来一系列严重后果： （1）藻类在水体中占据的空间越来越大,使鱼类活动的空间越来越小；衰死藻类将沉积塘底. （2）藻类种类逐渐减少,并由以硅藻和绿藻为主转为以蓝藻为主,而蓝藻有不少种有胶质膜,不适于作鱼饵料,而其中有一些种属是有毒的. （3）藻类过度生长繁殖,将造成水中溶解氧的急剧变化,藻类的呼吸作用和死亡的藻类的分解作用消耗大量的氧,有可能在一定时间内使水体处于严重缺氧状态,严重影响鱼类的生存. 问题六：水体富营养化是怎么原因？口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。 在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。 而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。 水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华（淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象）。 因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。 这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。 问题七：水体富营养化什么原因造成的水体富营养化跟生活污水排入，地表径流，雨污水排入都有关系，种植用的化肥，农药中都有氮磷等营养盐，空气污染，这些雨水等都会给水体带来营养物质，久而久之，水体中的营养物质富集，就会造成水体富营养化，当然影响最大的是生活污水。 问题八：富营养化的产生原因一谈到水体的富营养化，使人们常常想到总氮、总磷超标。 诚然，总氮、总磷等营养盐是发生富营养化的必要条件。 如果水体中总氮、总磷浓度很低，不可能发生富营养化。 反之则不然，水体中总氮、总磷浓度的升高并不一定发生富营养化。 富营养化的发生和发展是水体的整个环境系统出现失衡，导致某种优势藻类大量生长繁殖的过程。 因此要研究富营养化的发生机理和发生条件，实质上需了解藻类生物诸多差异，会出现不同的富营养化表现症状，即出现不同的优势藻类种群，并连带出现各种不同类型的水生生物种类的失衡。 但富营养化发生所必备的条件基本上是一样的，最主要的影响因素可以归纳为以下几个方面：①总氮总磷等营养盐相对比较充足；②铁，硅等含量比较适度；③适宜的温度，光照条件和溶解氧含量；④缓慢的水流流态，水体更新周期长。 只有在上述四方面条件都比较适宜的情况下，才会出现某种优势藻类“疯狂增长” 现象，发生富营养化。 食物链理论这是由荷兰科学家马丁・肖顿于1997年6月在“磷酸盐技术研讨会”上提出的。 该理论认为，自然水域中存在水生食物链。 如果浮游生物的数量减少或捕食能力降低，将使水藻生长量超过消耗量，平衡被打破，发生富营养化。 该理论说明营养负荷的增加不是导致富营养化的唯一原因。 生命周期理论这是近年来普遍为人们所接受的一种理论。 它认为，含氮和含磷的化合物过多排入水体，破坏了原有的生态平衡，引起藻类大量繁殖，过多的消耗水中的氧，使鱼类、浮游生物缺氧死亡，它们的尸体腐烂又造成水质污染。 根据这一理论，氮磷的过量排放是造成富营养化的根本原因，藻类是富营养化的主体，它的生长速度直接影响水质状态。 在合适的光照、温度、pH值、硅以及其它营养物质充分的条件下，植物的生长取决于外界供给它们养分最少的一种或两种，从藻类原C1o6H~0110N16P可以看出，生产1 kg藻类，需要消耗碳358 g，氢74 g，氧496 g，氮63g，磷9 g，显然氮磷是限制因子。 因此，要想控制水体富营养化，必须控制水体中氮磷等营养盐的含量及其比例。 食物链理论和生命周期理论争论的焦点在于氮磷是否为引起富营养化的主要原因，目前这两种争论尚未有最后的定论。 但从目前我国水体的富营养化状况来看，富营养化产生的原因主要是用后者(生命周期理论)来解释。 水体富营养化发生原因是多方面的。 在水体富营养化日益严重的今天，富营养化成因的研究已经取得了一定的成果，但是对于该成因的研究还有待于进一步深入。 到目前为止，还没有一套较成熟的理论能够在实际水体中用来预测富营养化发生；对于富营养化发生的各项指标还没有一个被广泛接受的严格量化的界定。 因此，系统深入地开展水体富营养化发生原因的研究，对于有效地开展水体富营养化综合治理与防治具有重大的理论意义和实用价值。 长繁衍的过程。 对于不同的水域，由于存在水域地理特性、自然气候条件、水生生态系统和污染特性等。 农田化肥为促进植物生长，提高农产品的产量，人们常施用较多的氮肥和磷肥，它们极易在降雨或灌溉时发生流失。 氮磷营养物的流失方式有：（1）随地表径流进入地面水体中；（2）下渗形成亚表面流（壤中流），通过土壤进行横向运动，然后排入地表水体中；（3）通过土壤层下渗到地下水中。 前2种是导致地表水富营养化的主要原因。 近年来的研究表明，磷能以溶解或吸附于土壤上的颗粒态形式通过土壤微孔结构运动下渗至亚表面流中，然后进入江、河、湖泊或海湾，而氮（硝酸盐氮）的渗透能力较强，能够下渗到地下水中污染地下水[3]。 氮和磷在被土壤吸附与解吸过程中，其中一部分溶解于水中，另一部分则继续保持吸附态，在运动中甚至会随土壤颗粒沉积下来，成为湖、河或海......>>
美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功了用于潜航器的镁-过氧化氢燃料电池系统．其工作原理如
A．该燃料电池中，镁作负极，负极上镁失电子发生氧化反应，电极反应式为：Mg-2e-=Mg ，故A正确；B．铂作正极，正极上双氧水得电子发生还原反应而生成水，故B正确；C．原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，所以氢离子向正极移动，故C错误；D．原电池正极上双氧水得电子生成水，溶液中氢离子浓度降低，所以溶液的pH增大，故D正确；故选C．
镁—次氯酸盐燃料电池具有比能量高、安全方便等优点，该电池主要工作原理如图所示，其正极反应为：ClO －
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