第五節(jié)氫鎳電池

1、第五節(jié)第五節(jié) 氫鎳電池氫鎳電池主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：概述高壓氫鎳電池儲(chǔ)氫合金電極 金屬氫化物鎳電池的電性能本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：兩類(lèi)氫鎳電池的區(qū)別 貯氫合金電極：反應(yīng)機(jī)理、特點(diǎn)、存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)一、概述一、概述 在燃料電池和全密封Cd/Ni電池的基礎(chǔ)上發(fā)展了(高壓）氫-鎳電池，稱(chēng)為第二代空間電池 高壓氫鎳電池高壓氫鎳電池 高壓氫-鎳電池的正極采用燒結(jié)式鎳電極；負(fù)極以鎳網(wǎng)為骨架，Pt、Pd等貴金屬為催化劑，負(fù)極活性物質(zhì)是電池內(nèi)預(yù)先充入的高壓氫氣 優(yōu)點(diǎn)：較高的比能量，循環(huán)壽命長(zhǎng)，耐過(guò)充、過(guò)放能力強(qiáng)，以及可以通過(guò)氫壓來(lái)指示電池荷電狀態(tài)等缺點(diǎn)缺點(diǎn)：負(fù)極使用貴金屬催化劑，電池成本高；電池內(nèi)部氫壓高，增加

2、了電池密封的難度；殼體需要用較重的耐壓容器，降低了電池的比能量；電池自放電大；可能因氫氣泄漏而出現(xiàn)安全問(wèn)題高壓氫-鎳電池目前僅應(yīng)用于空間技術(shù)等特定的場(chǎng)合 低壓氫鎳電池(金屬氫化物-鎳電池) 20世紀(jì)70年代起，降低儲(chǔ)氫材料吸氫壓力的努力有了突破性進(jìn)展，儲(chǔ)氫材料實(shí)用化 以?xún)?chǔ)氫合金為負(fù)極、Ni(OH)2為正極 優(yōu)點(diǎn): 較高的比能量，耐過(guò)充、過(guò)放能力強(qiáng)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，無(wú)毒及不使用貴金屬等 缺點(diǎn): 電池自放電較大二、高壓氫二、高壓氫- -鎳電池鎳電池 高壓氫高壓氫-鎳電池的工作原理鎳電池的工作原理2( )Pt, H KOH(NaOH) NiOOH(+)-221/2H + OHH O + e 0.828V

3、 -22NiOOH + H O + e Ni(OH)OH 0.49V 22NiOOH + 1/2H Ni(OH) 1.318VE正極 負(fù)極 電池 高壓氫高壓氫-鎳電池的結(jié)構(gòu)鎳電池的結(jié)構(gòu) 壓力容器 鎳電極 氫電極 隔膜 電解液 高壓氫高壓氫-鎳電池的電性能鎳電池的電性能 充放電性能高壓氫-鎳電池的充放電曲線 自放電特性自放電特性高壓氫-鎳電池的自放電曲線 工作壽命工作壽命 高壓氫-鎳電池的工作壽命長(zhǎng)是其突出的優(yōu)點(diǎn) 失效的主要因素：l鎳電極膨脹 l密封殼體泄漏 l電解液再分配 三、儲(chǔ)氫合金電極三、儲(chǔ)氫合金電極儲(chǔ)氫合金的發(fā)展歷史儲(chǔ)氫合金的發(fā)展歷史20世紀(jì)60年代后期荷蘭菲利浦公司和美國(guó)布魯克海文國(guó)家

4、實(shí)驗(yàn)室分別發(fā)現(xiàn)LaNi5、TiFe、Mg2Ni等金屬間化合物的儲(chǔ)氫特性 在常溫下能夠可逆的吸放氫金屬氫化物的氫密度比H2和液態(tài)氫還高 儲(chǔ)氫合金的熱力學(xué)原理儲(chǔ)氫合金的熱力學(xué)原理l在合金吸氫的初始階段形成固溶體（相），合金結(jié)構(gòu)保持不變 l固溶體進(jìn)一步與氫反應(yīng)生成氫化物（相）l進(jìn)一步增加氫壓，合金中的氫含量略有增加 2M + H MH + 2yyxQ2M + /2H MH xxl儲(chǔ)氫合金中氫的位置儲(chǔ)氫合金中氫的位置 儲(chǔ)氫合金吸收氫后，氫進(jìn)入合金晶格中，合金晶格可以看作容納氫原子的容器 為什么儲(chǔ)氫合金能夠致密的吸收大量的氫？ LaNi5中氫原子的位置 (/)3.6txFCmAh gM 用作用作MH/N

5、i電池的儲(chǔ)氫合金應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足以下電池的儲(chǔ)氫合金應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足以下條件條件 l 電化學(xué)儲(chǔ)氫容量高，在較寬的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生太大變化，合金氫化物的平衡壓力適當(dāng)（0.01MPa-0.5MPa，298K），對(duì)氫的陽(yáng)極氧化具有良好的催化作用；l 在氫的陽(yáng)極氧化電位范圍內(nèi)，儲(chǔ)氫合金具有較強(qiáng)的抗氧化能力；l 在堿性電解質(zhì)中合金組分的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定；l 反復(fù)充放電過(guò)程中合金不易粉化，制得的電極能保持形狀穩(wěn)定；l 合金應(yīng)具有良好的電和熱的傳導(dǎo)性；1. 原材料成本低廉，無(wú)污染. 儲(chǔ)氫合金的分類(lèi)儲(chǔ)氫合金的分類(lèi) 按組成分類(lèi) 稀土類(lèi)如LaNi5、MmNi5等；鈦系類(lèi)如TiNi、TiNi2等；鎂系類(lèi)如Mg2Ni、Mg2Cu等；鋯

6、系類(lèi)如ZrMn2 按組分的配比分類(lèi) 稀土類(lèi)為AB5型，鋯系類(lèi)為AB2型，鎂系類(lèi)為A2B型， TiNi為AB型 儲(chǔ)氫合金的制備儲(chǔ)氫合金的制備通常采用熔煉法制備儲(chǔ)氫合金并對(duì)其進(jìn)行熱處理 采用機(jī)械粉碎法或氫碎法得到合金粉 儲(chǔ)氫合金電極的制備儲(chǔ)氫合金電極的制備粘接法泡沫電極法燒結(jié)法 儲(chǔ)氫合金電極的性能衰減儲(chǔ)氫合金電極的性能衰減 合金的微粉化及表面氧化擴(kuò)展到合金內(nèi)部 儲(chǔ)氫合金電極的自放電 儲(chǔ)氫合金的表面處理技術(shù)儲(chǔ)氫合金的表面處理技術(shù) 化學(xué)處理法 酸、堿及氟化物處理法 微包覆處理四、四、MH/NiMH/Ni電池電池 工作原理工作原理222()NiOOH H O eNi OHOHMH OHM H O e 充放充放正極：負(fù)極：總反應(yīng)：2()NiOOH MHNi OHM 充放0.52V0.83V 1.35EVMH KOH NiOOH充充放放放放充充充充放放 電性能電性能 MH/Ni電池具有能量密度較高，與Cd/Ni電池工作電壓相當(dāng)可互換，可快速充放電，低溫性能好，耐過(guò)充、過(guò)放能力強(qiáng)，無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn) MH/Ni電池的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與Cd/Ni電池基本相同：正極為NiOOH電極，負(fù)極為儲(chǔ)氫合金電極，隔膜一般為無(wú)紡布，常用聚丙烯或聚酰胺纖維為原料MH/Ni電池的充放電曲線 不同溫度下MH/Ni電池的充電曲線和放電容量比 自放電特性自放電特性 M