800mAh方形鎳氫電池制備與應(yīng)用

1、華南師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告學(xué)生甘漢麟學(xué)號20112401028專業(yè)化學(xué)師范年級、班級11化5課程名稱應(yīng)用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目800mAh方形鐐氫電池制備與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證設(shè)計蹤合實(shí)驗(yàn)時間2014年4月日實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師南俊民實(shí)驗(yàn)評分小組成員王世冰甘漢麟蘇熒蓉藍(lán)曉旋陳奕霞1. 、引言實(shí)驗(yàn)背景原電池是利用兩個電極之間金屬性的不同，產(chǎn)生電勢差，從而使電子的流動，產(chǎn)生電流。又稱非蓄電池，是電化電池的一種，其電化反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，即是只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，簡單說就即是不能重新儲存電力，與蓄電池相對?；瘜W(xué)電池按工作性質(zhì)可分為：一次電池原電池；二次電池可充電電池；鉛酸蓄電池；燃料電池。其中：一次電池可分為：糊式鋅猛電池

2、、紙板鋅猛電池、堿性鋅猛電池、扣式鋅銀電池、扣式鋰鎰電池、扣式鋅鎰電池、鋅空氣電池、一次鋰鎰電池等。二次電池可分為：鎘鐐電池、氫鐐電池、鋰離子電池、二次堿性鋅猛電池等。鉛酸蓄電池可分為：開口式鉛酸蓄電池、全密閉鉛酸蓄電池。本次實(shí)驗(yàn)主要是研究鐐氫電池的制備及性質(zhì)。鐐氫電池在20世紀(jì)90年代初實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。與傳統(tǒng)在便攜式用電器中廣泛使用的鐐鎘電池相比，兩者具有相同外形和接近的充放電電壓，因此兩種電池在使用中具有交換性。特別是鐐氫電池使用貯氫合金作為負(fù)極活性物質(zhì)，不但提高了電池充放電容量，而且消除了電池制備和壽命終結(jié)后可能產(chǎn)生的鎘污染，因此這種電池稱為可替換鐐鎘電池的綠色電池而得到快速發(fā)展。根據(jù)這種電

3、池在原材料供給、性能特點(diǎn)等方面所具有的優(yōu)勢，十多年來在小容量電池市場方面得到快速發(fā)展，也有望作為動力電源在混合動力汽車和電開工具中得到應(yīng)用。2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^制備方形鐐氫電池，了解化學(xué)電源的工作原理和制備方法，學(xué)習(xí)有關(guān)電池的基本概念和知識：正負(fù)極、隔膜、黏合劑、電解液、工作原理等，使得自己對日常生活中常見的電池有更加深入和清晰的認(rèn)識.通過對制備電池性能的測試，掌握表征電池性能的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。親身實(shí)踐電池的制作工作，如點(diǎn)焊鐐網(wǎng)、調(diào)試黏合劑、切割和制作電池外殼、輾壓極板等，從而增強(qiáng)個人的動手能力，也對電池制作的過程有了經(jīng)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)部分銳氫電池的工作原理電極反應(yīng)如下：(學(xué)”表示充電；？”表示放電)正極

4、：Ni(OH)2+OH-?NiOOH+H2。+e-負(fù)極：M+xH2O+xe-?MHx+xOH-鐐氫電池的正極活性物質(zhì)為Ni(OH)2,負(fù)極為貯氫合金，正負(fù)電極用隔膜分開，加入KOH的電解液。電池充電時，正極中Ni(OH)2被氧化為NiOOH,而負(fù)極則通過電解水生成金屬氫化物，從而實(shí)現(xiàn)對電能的存儲。放電時，正極中的NiOOH被復(fù)原為Ni(OH)2,負(fù)極中的氫被氧化為水，同時在這個反應(yīng)過程中向外電路釋放出電量。實(shí)驗(yàn)儀器與試劑2.1實(shí)驗(yàn)儀器電腦控制充放電儀器，壓片機(jī)，烘箱，點(diǎn)焊機(jī)，封口機(jī)，電化學(xué)工作站。2.2實(shí)驗(yàn)試劑氫氧化鐐，貯氫合金粉，隔膜，電池殼，60%PTFE+CMC粘結(jié)劑，CoO粉，Ni粉，

5、30%KOH混合溶液。實(shí)驗(yàn)步驟3.1正負(fù)極板的裁剪裁剪正負(fù)極泡沫鐐共9片，其中正極4片，負(fù)極5片，分別用電焊機(jī)焊接上鐐條。3.2正負(fù)極板的制備正極板的制備正極制備焊接極耳INi(OH)2十添加劑+粘結(jié)劑一涂泡沫鐐中f烘干.耦壓、裁剪負(fù)極板的制備負(fù)極制備焊哼極耳1.氧化鎘+添加劑+粘結(jié)劑一涂泡沫裸中一烘干、輾壓.栽弟3.3電池盒的制備根據(jù)極板的大小，確定電池盒的規(guī)格，用鋸子在有機(jī)玻璃板上鋸出電池盒的六個面，并用砂紙打磨平滑，將其中的五個面用AB膠粘連起來，自然放置一天晾干，晾干后檢驗(yàn)是2個孔。否漏液，不漏即完成電池盒的制備。余下一片用烙鐵鉆3.4電池盒的組裝將9片極板按負(fù)-正-負(fù)-正-負(fù)-正-負(fù)

6、-正-負(fù)的順序排好，每片極板均用隔膜隔開，將極板緊貼好后放入電池盒中，加入電解液，并將正極和負(fù)極鐐條通過已打好的孔穿過電池蓋，用AB膠固定即可。3.5電解液的配制稱取KOH固體含量=85%約8.75g,LiOH約0.75g,加去離子水配成25g溶液，攪拌均勻，使用密度計進(jìn)行標(biāo)定，冷卻至室溫后待用。3.6加液檢查往電池蓋中的小孔添加電解液KOH溶液，進(jìn)行充放電測試。三、結(jié)果與討論電池循環(huán)充放電曲線圖圖1:電池循環(huán)充放電曲線圖電池放電容量隨充放電循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線圖GSO1. 圖2:電池放電容量隨充放電循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線圖數(shù)據(jù)分析由圖1可知：電池在循環(huán)充放電過程中，充放電曲線出現(xiàn)較明顯的周期性，電池電

7、壓可以保持在一定水平，其總體波動不大。在13000min時電壓值依然與0min時電壓值相差不大，說明電池性能比較穩(wěn)定，充放電電壓穩(wěn)定。由圖2可知：黑線：電池的實(shí)際容量為648.6mAh。紅線：20次循環(huán)充放電過程中，電池電壓呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，從第1次到第4次，充放電電流可增大至513.8mAh,隨后開始下降，最后大致下降至240mAh。說明該電池在多次循環(huán)過程中放電電流不穩(wěn)定，容量逐漸變小。通過圖1、圖2得出以下結(jié)論：該電池在一次使用過程中性能穩(wěn)定。但假設(shè)經(jīng)過多次使用，電池的壽命較短。即實(shí)際使用價值不高。電池性能不夠優(yōu)越原因可能有：本組電池有一塊負(fù)極板的極耳焊接的不好，可能在涂上負(fù)極材料

8、后再次焊接的過程中，焊接點(diǎn)由于高溫而導(dǎo)致焊接點(diǎn)上生成某些金屬氧化物，這些金屬氧化物的電阻可能比負(fù)極材料的電阻大，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大。 組裝電池時極板間貼得不夠緊密，易造成容量過低。 在實(shí)驗(yàn)過程中電解液KOH溶液長時間暴露在空氣中，造成電解液純度不高。已經(jīng)裝好電極板的電池盒中仍然有較大的空隙，本組組員決定將一小片有機(jī)玻璃放入電池盒中以固定好電極板，這塊有機(jī)玻璃可能會增加電池的內(nèi)阻。1. 四、結(jié)論儲氫材料從狹義上講，儲氫材料是一種能與氫反應(yīng)生成金屬氫化物的物質(zhì)；但是它與一般金屬氫化物有明顯的差異。即儲氫材料必須具備高度的反應(yīng)可逆性，而且，此可逆循環(huán)的次數(shù)必須足夠多，循環(huán)次數(shù)超過5000次。實(shí)際上，它

9、必須是能夠在適當(dāng)?shù)臏囟取毫ο麓罅靠赡娴奈蘸歪尫艢涞牟牧?。目前，用于鐐氫電池?fù)極儲氫材料的主要是金屬(或合金)儲氫材料，氫幾乎可以同周期表中的各種元素反應(yīng)，生成各種氫化物或氫化合物，但并不是所有金屬氫化物都能做儲氫材料。2. 記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)是電池因?yàn)槭褂枚闺姵貎?nèi)容物產(chǎn)生結(jié)晶的一種效應(yīng)。一般只會發(fā)生在鐐鎘電池，鐐氫電池較少，鋰電池則無此現(xiàn)象。發(fā)生的原因是由于電池重復(fù)的部分充電與放電不完全所致。會使電池暫時性的容量減小，導(dǎo)致使用時間縮短。從此可知，我們在生活中使用鐐氫電池、電池、筆記本電腦電池的時候，不一定要每次都把電量完全耗盡之后再充電。3. 關(guān)丁隔膜MHNi電池都是由正、負(fù)極板和隔膜組成

10、L,隔膜被置于電池的兩電極之間，允許離子通過而不允許電子通過，它是電池的心臟材料，隔膜品質(zhì)的優(yōu)劣直接決定電池性能的好壞一般來說，MH一Ni電池對隔膜的要求如下： 良好的化學(xué)穩(wěn)定性，如耐電解液的強(qiáng)堿等，不易老化，優(yōu)良的抗氧化能力； 良好的潤濕性和電解液保持能力； 較好的離子傳輸能力和較低的面電阻； 良好的吸收和保持電解液的能力； 具備適宜的孔徑、孔率和透氣性； 足夠好的機(jī)械強(qiáng)度。4. 使用前景隨著市場的需求，新型綠色環(huán)保鐐氫電池正朝著高容量、小型化、高功率方向發(fā)展。鐐氫電池產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)能源領(lǐng)域的重大產(chǎn)業(yè)之一。鐐氫電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有助于移動通訊，無污染電動車等的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將帶動上游原材料工業(yè)的發(fā)展。1 五、參考文獻(xiàn)何廣平，南俊民，孫艷輝.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).化學(xué)工業(yè)出版社，2008,170-174.2 吉縉.預(yù)充電對儲氫電極活化的影響.電池，2000,30(1):32-33。3 陳軍等編.化學(xué)電源原理、技術(shù)與應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出