第四章 新能源材料- 金屬氫化物鎳電池材料

1、1第四章第四章 金屬氫化物鎳電池材料金屬氫化物鎳電池材料v4.1 金屬氫化物鎳電池的工作原理金屬氫化物鎳電池的工作原理v4.2 金屬氫化物鎳電池正極材料金屬氫化物鎳電池正極材料v4.3 金屬氫化物鎳電池負(fù)極材料金屬氫化物鎳電池負(fù)極材料v4.4 Ni/MH電池材料的再生利用電池材料的再生利用2二次電池二次電池v放電時(shí)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生電能，通以反向電流（充放電時(shí)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生電能，通以反向電流（充電）時(shí)則可使體系回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，即將電能以化學(xué)形式電）時(shí)則可使體系回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，即將電能以化學(xué)形式重新儲(chǔ)存起來(lái)。這種電池稱(chēng)為重新儲(chǔ)存起來(lái)。這種電池稱(chēng)為二次電池或蓄電池二次電池或蓄電池。v分類(lèi)：

2、分類(lèi)：鉛酸電池、鎘鎳電池鉛酸電池、鎘鎳電池、金屬氫化物鎳電池及鋰離金屬氫化物鎳電池及鋰離子電池等（綠色電池）子電池等（綠色電池）。4.1 金屬氫化物鎳電池的工作原理金屬氫化物鎳電池的工作原理3鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池v 電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。蓄電池。 放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。鉛。4v工業(yè)用堿性鎳鎘蓄電池比普通鉛酸電池的優(yōu)點(diǎn)普工業(yè)用堿性鎳鎘蓄電池比普通鉛酸電

3、池的優(yōu)點(diǎn)普通的鉛酸蓄電池體積大、質(zhì)量中、壽命短、易泄露通的鉛酸蓄電池體積大、質(zhì)量中、壽命短、易泄露等缺點(diǎn)、而鎳鎘堿性蓄電池和普通鉛酸蓄電池相比等缺點(diǎn)、而鎳鎘堿性蓄電池和普通鉛酸蓄電池相比v鎳鎘蓄電池可重復(fù)鎳鎘蓄電池可重復(fù)500次以上的充放電，鎳鎘蓄次以上的充放電，鎳鎘蓄電池可內(nèi)阻小，可供大電流的放電，鎳鎘蓄電池可電池可內(nèi)阻小，可供大電流的放電，鎳鎘蓄電池可因?yàn)椴捎猛耆芊馐?，因此不?huì)有電解液漏出的現(xiàn)因?yàn)椴捎猛耆芊馐?，因此不?huì)有電解液漏出的現(xiàn)象，也完全不需要補(bǔ)充電解液象，也完全不需要補(bǔ)充電解液5Ni/MH二次電池二次電池優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 能量密度高，同尺寸電池，容量是能量密度高，同尺寸電池，容量是N

4、i/Cd電池的電池的1.52倍；倍； 無(wú)鎘污染，又稱(chēng)綠色電池；無(wú)鎘污染，又稱(chēng)綠色電池； 可大電流快速可大電流快速充電；充電； 工作電壓為工作電壓為1.2V，與，與Ni/Cd電池有互換性。電池有互換性。前景：電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)。，前景：電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)。，混合動(dòng)力汽車(chē)：混合動(dòng)力汽車(chē)：利用鎳氫電池可快速充放電過(guò)程，當(dāng)汽車(chē)?yán)面嚉潆姵乜煽焖俪浞烹娺^(guò)程，當(dāng)汽車(chē)高速行駛時(shí)，發(fā)電機(jī)所發(fā)的電可儲(chǔ)存在車(chē)載的鎳氫電池中高速行駛時(shí)，發(fā)電機(jī)所發(fā)的電可儲(chǔ)存在車(chē)載的鎳氫電池中，當(dāng)車(chē)低速行駛時(shí)，通常會(huì)比高速行駛狀態(tài)消耗大量的汽，當(dāng)車(chē)低速行駛時(shí)，通常會(huì)比高速行駛狀態(tài)消耗大量的汽油，因此為了節(jié)省汽油，此時(shí)可以利用車(chē)載的鎳氫

5、電池驅(qū)油，因此為了節(jié)省汽油，此時(shí)可以利用車(chē)載的鎳氫電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)代替內(nèi)燃機(jī)工作。動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)代替內(nèi)燃機(jī)工作。6Ni/MH二次電池工作原理二次電池工作原理7電池反應(yīng)電池反應(yīng)2Ni(OH+MNiOOH+MH充電）放電正極正極-22Ni(OH+OHNiOOH+H O+e充電）放電-2M+H O+eMH+OH充電放電負(fù)極負(fù)極商品商品Ni/MHNi/MH電池的形狀有圓柱形、方形和扣式等多種類(lèi)型；電池的形狀有圓柱形、方形和扣式等多種類(lèi)型；按電池的正極制造工藝分類(lèi)，則有燒結(jié)式和泡沫鎳式（含按電池的正極制造工藝分類(lèi)，則有燒結(jié)式和泡沫鎳式（含纖維鎳式）兩大類(lèi)型。纖維鎳式）兩大類(lèi)型。89Ni/MH電池正極材料初期

6、采用電池正極材料初期采用Ni/Cd電池用的燒結(jié)式正極；電池用的燒結(jié)式正極；隨后采用高孔率泡沫或纖維鎳和球形隨后采用高孔率泡沫或纖維鎳和球形Ni(OH)2制造的氧化鎳制造的氧化鎳材料。材料。104.2 鎳正極材料鎳正極材料v廣泛使用的廣泛使用的 Cd/Ni、H2/Ni、Zn/Ni、Fe/Ni電池，以及近年來(lái)為消除鎘污染而迅速發(fā)展起來(lái)電池，以及近年來(lái)為消除鎘污染而迅速發(fā)展起來(lái)的新型金屬氫化物鎳（的新型金屬氫化物鎳（MH-Ni）電池，都以鎳電）電池，都以鎳電極作為正極。因此，對(duì)高容量、高活性鎳正極物極作為正極。因此，對(duì)高容量、高活性鎳正極物質(zhì)的研制具有重要現(xiàn)實(shí)意義。質(zhì)的研制具有重要現(xiàn)實(shí)意義。v氧化鎳

7、電極與金屬電極完全不同，它是一種氧化鎳電極與金屬電極完全不同，它是一種P型型氧化物半導(dǎo)體電極，電池正極是氧化物半導(dǎo)體電極，電池正極是NiOOH，是六，是六方形晶系的層狀結(jié)構(gòu)，放電產(chǎn)物是方形晶系的層狀結(jié)構(gòu)，放電產(chǎn)物是Ni(OH)2。電池放電時(shí)，在電極電池放電時(shí)，在電極/溶液界面上，氧化溶液界面上，氧化-還原過(guò)還原過(guò)程是通過(guò)半導(dǎo)體晶格中的電子缺陷和質(zhì)子缺陷的程是通過(guò)半導(dǎo)體晶格中的電子缺陷和質(zhì)子缺陷的轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。11電子缺陷與質(zhì)子缺陷電子缺陷與質(zhì)子缺陷v純純Ni(OH)2不導(dǎo)電，氧化后具有半導(dǎo)體性質(zhì)，不導(dǎo)電，氧化后具有半導(dǎo)體性質(zhì)，導(dǎo)電能力隨氧化程度的增加而增強(qiáng)。導(dǎo)電能力隨氧化程度的增加

8、而增強(qiáng)。Ni(OH)2在在制造和重放電過(guò)程中，總有一些未被還原的制造和重放電過(guò)程中，總有一些未被還原的Ni3+，以及按化學(xué)計(jì)量過(guò)剩的以及按化學(xué)計(jì)量過(guò)剩的O2-存在。即存在。即Ni(OH)2晶晶格中某一數(shù)量的格中某一數(shù)量的OH-被被O2-代替，且同一數(shù)量的代替，且同一數(shù)量的Ni2+被被Ni3+代替。代替。Ni3+相當(dāng)于相當(dāng)于Ni2+少一個(gè)電子，少一個(gè)電子，稱(chēng)為電子缺陷。稱(chēng)為電子缺陷。v被被O2-相當(dāng)于相當(dāng)于OH-少一個(gè)質(zhì)子，稱(chēng)為質(zhì)子缺陷。少一個(gè)質(zhì)子，稱(chēng)為質(zhì)子缺陷。v電極的充電和放電過(guò)程中，電極和溶液界面發(fā)生電極的充電和放電過(guò)程中，電極和溶液界面發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是通過(guò)電子缺陷和質(zhì)子缺陷的轉(zhuǎn)的氧化

9、還原反應(yīng)是通過(guò)電子缺陷和質(zhì)子缺陷的轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)的！移來(lái)實(shí)現(xiàn)的！12電極的雙電層電極的雙電層v 這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，決定于電子缺陷的運(yùn)動(dòng)性和晶格中這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，決定于電子缺陷的運(yùn)動(dòng)性和晶格中電子缺陷的濃度。電子缺陷的濃度。v 電極浸入電解液時(shí)，電極浸入電解液時(shí)，Ni(OH)2 溶液界面形成的雙電層，溶液界面形成的雙電層，處于溶液中的處于溶液中的H+與與Ni(OH)2中的中的O2-定向排列起著決定定向排列起著決定電極電位的作用。電極電位的作用。13蓄電池的充放電原理蓄電池的充放電原理充電時(shí)，負(fù)極吸收電子充電時(shí)，負(fù)極吸收電子；正極放出電子；正極放出電子；放電時(shí)，負(fù)極放出電子放電時(shí)，負(fù)極放出電子；

10、正極吸收電子；正極吸收電子；注意注意：規(guī)定的電流方向是規(guī)定的電流方向是正電荷的運(yùn)動(dòng)方向，與電正電荷的運(yùn)動(dòng)方向，與電子運(yùn)動(dòng)的方向相反；子運(yùn)動(dòng)的方向相反；正極：電勢(shì)較高的電極；正極：電勢(shì)較高的電極；負(fù)極：電勢(shì)較低的電極；負(fù)極：電勢(shì)較低的電極；陽(yáng)極：發(fā)生氧化反應(yīng)（失去電子）的電極；陽(yáng)極：發(fā)生氧化反應(yīng)（失去電子）的電極；陰極：發(fā)生還原反應(yīng)（得到電子）的電極；陰極：發(fā)生還原反應(yīng)（得到電子）的電極；14陽(yáng)極極化（充電過(guò)程）陽(yáng)極極化（充電過(guò)程）v陽(yáng)極極化（充電）時(shí)，陽(yáng)極極化（充電）時(shí)，固相中的固相中的Ni2+轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為Ni3+，向外界線路轉(zhuǎn)移電子，形成電子缺陷，這時(shí)也會(huì)同向外界線路轉(zhuǎn)移電子，形成電子缺陷，

11、這時(shí)也會(huì)同樣產(chǎn)生質(zhì)子缺陷，樣產(chǎn)生質(zhì)子缺陷，H+通過(guò)雙電層電場(chǎng)，從電極表面通過(guò)雙電層電場(chǎng)，從電極表面轉(zhuǎn)移到溶液中，和轉(zhuǎn)移到溶液中，和OH- 作用生成水。于是在固相中作用生成水。于是在固相中增加了一個(gè)電子缺陷和一個(gè)質(zhì)子缺陷。增加了一個(gè)電子缺陷和一個(gè)質(zhì)子缺陷。-22Ni(OH+OHNiOOH+H O+e充電）放電15陽(yáng)極析氧反應(yīng)陽(yáng)極析氧反應(yīng)v隨著陽(yáng)極極化進(jìn)行，電極表面的隨著陽(yáng)極極化進(jìn)行，電極表面的Ni3+，電極電位不斷增加，電極電位不斷增加，質(zhì)子濃度不斷降低，與氧化物內(nèi)部質(zhì)子形成濃度梯度。于是，質(zhì)子濃度不斷降低，與氧化物內(nèi)部質(zhì)子形成濃度梯度。于是，氧化物內(nèi)部質(zhì)子向電極表面擴(kuò)散。但由于固相擴(kuò)散困難，質(zhì)

12、氧化物內(nèi)部質(zhì)子向電極表面擴(kuò)散。但由于固相擴(kuò)散困難，質(zhì)子擴(kuò)散速率小于反應(yīng)速率，造成表面中子擴(kuò)散速率小于反應(yīng)速率，造成表面中H+濃度不斷下降，濃度不斷下降，空間正電荷量不斷減少。若要維持反應(yīng)速率不變，必須提高空間正電荷量不斷減少。若要維持反應(yīng)速率不變，必須提高電極電位。因此，在充電過(guò)程中，氧化鎳電極的電位不斷升電極電位。因此，在充電過(guò)程中，氧化鎳電極的電位不斷升高，在極限情況下，表面層中的高，在極限情況下，表面層中的NiOOH幾乎變成幾乎變成NiO2，此，此時(shí)的電極電位足以使時(shí)的電極電位足以使OH- 被氧化而放出被氧化而放出O2。即析氧反應(yīng)。即析氧反應(yīng)。v 4OH- O2 + 2H2O + 4e

13、v當(dāng)氧化鎳電極充電時(shí)，電極上有氧析出并不說(shuō)明充電已經(jīng)當(dāng)氧化鎳電極充電時(shí)，電極上有氧析出并不說(shuō)明充電已經(jīng)完全。這時(shí)在氧化鎳電極內(nèi)部仍有完全。這時(shí)在氧化鎳電極內(nèi)部仍有Ni(OH)2存在存在，16陰極極化（放電過(guò)程）陰極極化（放電過(guò)程）v充電充足后，進(jìn)行放電過(guò)程，氧化鎳電極放電時(shí)進(jìn)行陰極充電充足后，進(jìn)行放電過(guò)程，氧化鎳電極放電時(shí)進(jìn)行陰極極化，外線路來(lái)的電子與固相中的極化，外線路來(lái)的電子與固相中的Ni3+結(jié)合成結(jié)合成Ni2+，而質(zhì)，而質(zhì)子子H+從溶液越過(guò)雙電層，占據(jù)質(zhì)子缺陷。即在固相中減少?gòu)娜芤涸竭^(guò)雙電層，占據(jù)質(zhì)子缺陷。即在固相中減少了一個(gè)質(zhì)子缺陷和一個(gè)電子缺陷。而在溶液中增加了一個(gè)了一個(gè)質(zhì)子缺陷和一

14、個(gè)電子缺陷。而在溶液中增加了一個(gè)OH-，在此過(guò)程中，質(zhì)子在固相中的擴(kuò)散過(guò)程仍然是反應(yīng)的，在此過(guò)程中，質(zhì)子在固相中的擴(kuò)散過(guò)程仍然是反應(yīng)的控制步驟。由于質(zhì)子的擴(kuò)散速度較慢，小于陰極反應(yīng)的速度，控制步驟。由于質(zhì)子的擴(kuò)散速度較慢，小于陰極反應(yīng)的速度，電極電勢(shì)不斷下降。當(dāng)電極電勢(shì)降至終止電壓時(shí)，電極內(nèi)仍電極電勢(shì)不斷下降。當(dāng)電極電勢(shì)降至終止電壓時(shí)，電極內(nèi)仍存在部分存在部分NiOOH。v基于上述充放電機(jī)理，可以看出，質(zhì)子在固相中的擴(kuò)散是基于上述充放電機(jī)理，可以看出，質(zhì)子在固相中的擴(kuò)散是控制步驟，必須設(shè)法提高固相質(zhì)子的擴(kuò)散速度。控制步驟，必須設(shè)法提高固相質(zhì)子的擴(kuò)散速度。-22Ni(OH+OHNiOOH+H O

15、+e充電）放電174.2.2高密度球形高密度球形Ni(OH)2正極材料正極材料4.2.2.1 氫氧化鎳在充放電過(guò)程中的晶型轉(zhuǎn)化氫氧化鎳在充放電過(guò)程中的晶型轉(zhuǎn)化Ni(OH)2是涂覆是涂覆Ni/MH電池正極使用的活性物質(zhì)。電電池正極使用的活性物質(zhì)。電極充電時(shí)極充電時(shí)Ni(OH)2轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成NiOOH，Ni2+被氧化成被氧化成Ni3+；放電時(shí)；放電時(shí)NiOOH逆變成逆變成Ni(OH)2， Ni3+還原成還原成Ni2+。電極的充放電反應(yīng)式為：。電極的充放電反應(yīng)式為：-22Ni(OH+OHNiOOH+H O+e充電）放電18Ni(OH)2存在存在、兩種晶型，兩種晶型， NiOOH存在存在、兩種晶型。兩

16、種晶型。目前生產(chǎn)目前生產(chǎn)Ni/MH電池使用的電池使用的Ni(OH)2均為均為型。型。在充放電過(guò)程中，各種晶型的轉(zhuǎn)變關(guān)系如下圖：在充放電過(guò)程中，各種晶型的轉(zhuǎn)變關(guān)系如下圖：-Ni（OH）2 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?NiOOH后體積縮小后體積縮小15%，但在，但在過(guò)充時(shí)過(guò)充時(shí)-NiOOH會(huì)轉(zhuǎn)變成會(huì)轉(zhuǎn)變成 -NiOOH ， 體積膨脹體積膨脹44%，導(dǎo)致電極開(kāi)裂，掉粉，影響壽命。，導(dǎo)致電極開(kāi)裂，掉粉，影響壽命。19 不同晶型Ni(OH)2的結(jié)構(gòu)示意圖-Ni(OH)2 -Ni(OH)2H+，H2O，NO3- CO32- -Ni(OH)2和-NiOOH的層間距約為0.460.48nm，層間無(wú)H2O分子和其他離子的插入

17、；-Ni(OH)2和-NiOOH因?qū)娱g存在著水分子和堿金屬離子，層間距可達(dá)0.70.8nm。20高密度球形高密度球形Ni(OH)2能提高電極單位體積的填充能提高電極單位體積的填充量和放電容量，且具有良好的量和放電容量，且具有良好的充填流動(dòng)性充填流動(dòng)性。較。較小晶粒的氫氧化鎳電化學(xué)活性、活性物質(zhì)的利小晶粒的氫氧化鎳電化學(xué)活性、活性物質(zhì)的利用率和循環(huán)率都比較好，因?yàn)檩^小的晶粒對(duì)提用率和循環(huán)率都比較好，因?yàn)檩^小的晶粒對(duì)提高質(zhì)子的擴(kuò)散速度比較有利，而且增加了與溶高質(zhì)子的擴(kuò)散速度比較有利，而且增加了與溶液的接觸面積。液的接觸面積。4.2.2.2高密度球形高密度球形Ni(OH)2正極材料優(yōu)點(diǎn)正極材料優(yōu)點(diǎn)2

18、1v4.2.2.3球形球形Ni(OH)2正極材料正極材料制備方法制備方法 主要有主要有化學(xué)沉淀晶體生長(zhǎng)法化學(xué)沉淀晶體生長(zhǎng)法（制備的（制備的 Ni(OH)2綜合性能較好）、鎳粉高壓催化氧化法綜合性能較好）、鎳粉高壓催化氧化法及金屬鎳電解沉淀法。及金屬鎳電解沉淀法。4.2.3影響高密度球形影響高密度球形Ni(OH)2電化學(xué)性能的因素電化學(xué)性能的因素主要因素有化學(xué)組成、粒徑大小及粒徑分布、密度、主要因素有化學(xué)組成、粒徑大小及粒徑分布、密度、晶型、表面形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)等。晶型、表面形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)等。22化學(xué)組成的影響化學(xué)組成的影響（1）鈷的影響）鈷的影響在在Ni(OH)2中添加中添加Co可提高可提高Ni

19、(OH)2的利用率、的利用率、增加電化學(xué)過(guò)程中增加電化學(xué)過(guò)程中Ni2+/Ni3+間反應(yīng)的可逆性及改善傳間反應(yīng)的可逆性及改善傳質(zhì)和導(dǎo)電性能。此外摻鈷還能提高析氧電位，降低電池質(zhì)和導(dǎo)電性能。此外摻鈷還能提高析氧電位，降低電池內(nèi)壓，提高內(nèi)壓，提高Ni(OH)2的利用率。摻加量在的利用率。摻加量在2%以下較以下較合適，過(guò)高會(huì)增加電池的自放電率，影響其他電學(xué)性能。合適，過(guò)高會(huì)增加電池的自放電率，影響其他電學(xué)性能。（2）鋅的影響）鋅的影響摻鋅提高析氧電位、細(xì)化微晶晶粒、抑制過(guò)充時(shí)摻鋅提高析氧電位、細(xì)化微晶晶粒、抑制過(guò)充時(shí)- NiOOH的產(chǎn)生并可減少電極體積膨脹的產(chǎn)生并可減少電極體積膨脹23（3）鈣、鎂的影

20、響）鈣、鎂的影響鈣鎂過(guò)高（鈣鎂過(guò)高（0.02%）會(huì)降低）會(huì)降低Ni(OH)2的活性，阻止的活性，阻止Ni(OH)2中的質(zhì)子的傳遞，妨礙中的質(zhì)子的傳遞，妨礙Ni2+/Ni3+的相互轉(zhuǎn)化、的相互轉(zhuǎn)化、加速容量和電壓平臺(tái)的衰減和影響電池循環(huán)壽命。加速容量和電壓平臺(tái)的衰減和影響電池循環(huán)壽命。（4）鐵的影響）鐵的影響含有較高的鐵，增加電池的自放電，影響電池正常含有較高的鐵，增加電池的自放電，影響電池正常使用。使用。（5）硫酸鹽、碳酸鹽的影響）硫酸鹽、碳酸鹽的影響其含量升高，其含量升高，Ni(OH)2的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，放電的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，放電容量降低，電極極化增加。容量降低，電極極化增加。24粒徑及

21、粒徑分布的影響粒徑及粒徑分布的影響粒徑大小及粒徑分布主要影響粒徑大小及粒徑分布主要影響Ni(OH)2的活性、比表的活性、比表面積、松裝和振實(shí)密度。一般粒徑小，比表面積大，面積、松裝和振實(shí)密度。一般粒徑小，比表面積大，活性就高。但粒徑過(guò)小，會(huì)降低松裝和振實(shí)密度。活性就高。但粒徑過(guò)小，會(huì)降低松裝和振實(shí)密度。表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)的影響一般表面光滑、球形度好的一般表面光滑、球形度好的Ni(OH)2的振實(shí)密度高，的振實(shí)密度高，流動(dòng)性好，但活性差；而球形度低、表面粗糙、孔隙流動(dòng)性好，但活性差；而球形度低、表面粗糙、孔隙發(fā)達(dá)的產(chǎn)品振實(shí)密度相對(duì)較低，流動(dòng)性差，但活性較發(fā)達(dá)的產(chǎn)品振實(shí)密度相對(duì)較低，流動(dòng)性差，但

22、活性較高。高。25微晶晶粒尺寸及缺陷的影響微晶晶粒尺寸及缺陷的影響結(jié)晶度差、層錯(cuò)率高、微晶晶粒小、微晶排列無(wú)序的結(jié)晶度差、層錯(cuò)率高、微晶晶粒小、微晶排列無(wú)序的Ni(OH)2的活化速度快，放電容量高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，其的活化速度快，放電容量高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，其他電性能也較好。他電性能也較好。264.3 儲(chǔ)氫合金負(fù)極材料儲(chǔ)氫合金負(fù)極材料4.3.1 概述概述 金屬氫化物鎳電池材料的負(fù)極主要是儲(chǔ)氫合金材料，金屬氫化物鎳電池材料的負(fù)極主要是儲(chǔ)氫合金材料，一定條件下能吸收氫氣，一定條件能放出氫氣，一般一定條件下能吸收氫氣，一定條件能放出氫氣，一般由兩類(lèi)金屬由兩類(lèi)金屬AB組成。組成?？杀挥糜诖笮碗姵兀绕涫请妱?dòng)車(chē)

23、輛、混合動(dòng)力電動(dòng)可被用于大型電池，尤其是電動(dòng)車(chē)輛、混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛、高功率應(yīng)用等等。車(chē)輛、高功率應(yīng)用等等。 27儲(chǔ)氫合金上的電極反應(yīng)機(jī)理儲(chǔ)氫合金上的電極反應(yīng)機(jī)理（1）水通過(guò)對(duì)流或擴(kuò)散，液相傳質(zhì)水通過(guò)對(duì)流或擴(kuò)散，液相傳質(zhì)到電極的固液界面；到電極的固液界面；sbOHOH22（2）充電時(shí)，電極表面電子轉(zhuǎn)移；）充電時(shí)，電極表面電子轉(zhuǎn)移；sadsOHHeOH2（3）吸附的氫轉(zhuǎn)化為吸收的氫；吸附的氫轉(zhuǎn)化為吸收的氫；absadHH OH-的液相傳質(zhì)：的液相傳質(zhì)：bsOHOH（4）形成含氫固溶體或氫化物。形成含氫固溶體或氫化物。)()(absabsHH28儲(chǔ)氫合金分類(lèi)與特點(diǎn)儲(chǔ)氫合金分類(lèi)與特點(diǎn)不論哪種合金都離不

24、開(kāi)不論哪種合金都離不開(kāi)A、B兩類(lèi)元素。兩類(lèi)元素。A元素：容易形成穩(wěn)定氫化物的發(fā)熱型金屬，如元素：容易形成穩(wěn)定氫化物的發(fā)熱型金屬，如Ti,Zr,La,Mg,Ca等。等。B元素：難于形成氫化物的吸熱型金屬，如元素：難于形成氫化物的吸熱型金屬，如Ni,Fe,Co,Mn,Cu,Al等。等。根據(jù)原子比的不同AB5AB2ABA2B29v目前，研究的儲(chǔ)氫合金負(fù)極材料主要有目前，研究的儲(chǔ)氫合金負(fù)極材料主要有AB5型稀型稀土鎳系儲(chǔ)氫合金、土鎳系儲(chǔ)氫合金、AB2型型Laves相合金、相合金、AB型型Ti-Ni系合金、系合金、A2B型鎂基儲(chǔ)氫合金以及型鎂基儲(chǔ)氫合金以及V基固溶體型基固溶體型合金等幾種類(lèi)型。合金等幾種

25、類(lèi)型。304.4.儲(chǔ)氫合金分類(lèi)與特點(diǎn)儲(chǔ)氫合金分類(lèi)與特點(diǎn)A元素的含量逐漸增加，吸氫量也隨之元素的含量逐漸增加，吸氫量也隨之增加，但反應(yīng)速度減慢，反應(yīng)溫度升高增加，但反應(yīng)速度減慢，反應(yīng)溫度升高，容易劣化。，容易劣化。AB5A2B不同類(lèi)型儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫性能規(guī)律：B元素含量增加，反應(yīng)速度和反應(yīng)溫元素含量增加，反應(yīng)速度和反應(yīng)溫度都可以調(diào)整以滿(mǎn)足實(shí)際需要。度都可以調(diào)整以滿(mǎn)足實(shí)際需要。314.4.儲(chǔ)氫合金分類(lèi)與特點(diǎn)儲(chǔ)氫合金分類(lèi)與特點(diǎn)4.3.2 AB5型儲(chǔ)氫合金（以LaNi5為例）u優(yōu)點(diǎn)：吸氫量大，室溫即可活化，不易中毒，平衡壓優(yōu)點(diǎn)：吸氫量大，室溫即可活化，不易中毒，平衡壓力適中，吸放氫速度快且滯后小。力適中，吸放氫速度快且滯后小。u缺點(diǎn)：吸放氫循環(huán)過(guò)程中晶胞體積膨脹大，成本高，缺點(diǎn)：吸放氫循環(huán)過(guò)程中晶胞體積膨脹大，成本高，大規(guī)模應(yīng)用受限。大規(guī)模應(yīng)用受限。u應(yīng)用領(lǐng)域：熱泵、電池、空調(diào)器中。應(yīng)用領(lǐng)域：熱泵、電池、空調(diào)器中。324.4.儲(chǔ)氫合金分類(lèi)與特點(diǎn)儲(chǔ)氫合金分類(lèi)與特點(diǎn)4.3.3 AB2型儲(chǔ)氫合金（以TiMn2為例）u具有具有Laves相結(jié)構(gòu)（相結(jié)構(gòu)（ 當(dāng)兩組元合金元素的原子半徑比當(dāng)兩組元合金元素的原子半徑比為為1.2:1時(shí)形成的一種金屬間化合物），不過(guò)成分并不時(shí)形成的一種金屬間化合物），不過(guò)成分并不固定，可在很大范圍內(nèi)變化。固定，可在很大