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容：主要內容：概述高壓氫鎳電池儲氫合金電極 金屬氫化物鎳電池的電性能本章重點：本章重點：兩類氫鎳電池的區(qū)別 貯氫合金電極：反應機理、特點、存在的問題及發(fā)展趨勢一、概述一、概述 在燃料電池和全密封Cd/Ni電池的基礎上發(fā)展了(高壓）氫-鎳電池，稱為第二代空間電池 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式鎳電極；負極以鎳網(wǎng)為骨架，Pt、Pd等貴金屬為催化劑，負極活性物質是電池內預先充入的高壓氫氣 優(yōu)點：較高的比能量，循環(huán)壽命長，耐過充、過放能力強，以及可以通過氫壓來指示電池荷電狀態(tài)等缺點缺點：負極使用貴金屬催化劑，電池成本高；電池內部氫壓高，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)安全問題高壓氫-鎳電池目前僅應用于空間技術等特定的場合 低壓氫鎳電池(金屬氫化物-鎳電池) 20世紀70年代起，降低儲氫材料吸氫壓力的努力有了突破性進展，儲氫材料實用化 以儲氫合金為負極、Ni(OH)2為正極 優(yōu)點: 較高的比能量，耐過充、過放能力強，循環(huán)壽命長，無毒及不使用貴金屬等 缺點: 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 負極 電池 高壓氫高壓氫-鎳電池的結構鎳電池的結構 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是其突出的優(yōu)點 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、儲氫合金電極三、儲氫合金電極儲氫合金的發(fā)展歷史儲氫合金的發(fā)展歷史20世紀60年代后期荷蘭菲利浦公司和美國布魯克海文國家

4、實驗室分別發(fā)現(xiàn)LaNi5、TiFe、Mg2Ni等金屬間化合物的儲氫特性 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 儲氫合金的熱力學原理儲氫合金的熱力學原理l在合金吸氫的初始階段形成固溶體（相），合金結構保持不變 l固溶體進一步與氫反應生成氫化物（相）l進一步增加氫壓，合金中的氫含量略有增加 2M + H MH + 2yyxQ2M + /2H MH xxl儲氫合金中氫的位置儲氫合金中氫的位置 儲氫合金吸收氫后，氫進入合金晶格中，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電池的儲氫合金應當滿足以下電池的儲氫合金應當滿足以下條件條件 l 電化學儲氫容量高，在較寬的溫度范圍內不發(fā)生太大變化，合金氫化物的平衡壓力適當（0.01MPa-0.5MPa，298K），對氫的陽極氧化具有良好的催化作用；l 在氫的陽極氧化電位范圍內，儲氫合金具有較強的抗氧化能力；l 在堿性電解質中合金組分的化學性質相對穩(wěn)定；l 反復充放電過程中合金不易粉化，制得的電極能保持形狀穩(wěn)定；l 合金應具有良好的電和熱的傳導性；1. 原材料成本低廉，無污染. 儲氫合金的分類儲氫合金的分類 按組成分類 稀土類如LaNi5、MmNi5等；鈦系類如TiNi、TiNi2等；鎂系類如Mg2Ni、Mg2Cu等；鋯

6、系類如ZrMn2 按組分的配比分類 稀土類為AB5型，鋯系類為AB2型，鎂系類為A2B型， TiNi為AB型 儲氫合金的制備儲氫合金的制備通常采用熔煉法制備儲氫合金并對其進行熱處理 采用機械粉碎法或氫碎法得到合金粉 儲氫合金電極的制備儲氫合金電極的制備粘接法泡沫電極法燒結法 儲氫合金電極的性能衰減儲氫合金電極的性能衰減 合金的微粉化及表面氧化擴展到合金內部 儲氫合金電極的自放電 儲氫合金的表面處理技術儲氫合金的表面處理技術 化學處理法 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：負極：總反應：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電池工作電壓相當可互換，可快速充放電，低溫性能好，耐過充、過放能力強，無毒等優(yōu)點 MH/Ni電池的結構結構與Cd/Ni電池基本相同：正極為NiOOH電極，負極為儲氫合金電極，隔膜一般為無紡布，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