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(bào)告學(xué)生 甘漢麟學(xué)號(hào)20112401028專(zhuān) 業(yè)化學(xué)師范年級(jí)、班級(jí) 11化5800mAh方形鎳氫電池制備與應(yīng)用2014 年 4 月 8 日引言課程名稱(chēng) 應(yīng)用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)類(lèi)型 驗(yàn)證 設(shè)計(jì) 綜合 實(shí)驗(yàn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師南俊民實(shí)驗(yàn)評(píng)分 小組成員王世冰甘漢麟蘇熒蓉藍(lán)曉旋陳奕霞實(shí)驗(yàn)背景原電池是利用兩個(gè)電極之間金屬性的不同，產(chǎn)生電勢(shì)差，從而使電子的流動(dòng)，產(chǎn)生電流。又稱(chēng)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(jiǎn)單說(shuō)就即是不能重新儲(chǔ)存電力，與蓄電池相對(duì)。化學(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

2、電池可分為：糊式鋅錳電池、紙板鋅錳電池、堿性鋅錳電池、扣 式鋅銀電池、扣式鋰錳電池、扣式鋅錳電池、鋅空氣電池、一次鋰錳電池等。二次電池可分 為：鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池、二次堿性鋅錳電池等。鉛酸蓄電池可分為：開(kāi)口式 鉛酸蓄電池、全密閉鉛酸蓄電池。本次實(shí)驗(yàn)主要是研究鎳氫電池的制備及性質(zhì)。鎳氫電池在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鎳鎘電池相比，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。特別是鎳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(chēng)為可替換鎳鎘電池的綠色

3、電池而得到快速發(fā)展。根據(jù)這種電池在原材料供給、性能特點(diǎn)等方面所具有的優(yōu)勢(shì)，十多年來(lái)在小容量電池市場(chǎng)方面得到快速發(fā)展，也有望作為動(dòng)力電源在混合動(dòng)力汽車(chē)和電開(kāi)工具中得到應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)制備方形鎳氫電池， 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(shí)：正負(fù)極、隔膜、黏合劑、電解液、工作原理等，使得自己對(duì)日常生活中常見(jiàn)的 電池有更加深入和清晰的認(rèn)識(shí) 通過(guò)對(duì)制備電池性能的測(cè)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)焊鎳網(wǎng)、調(diào)試黏合劑、切割和制作電池外殼、輥壓極板等，從而增強(qiáng)個(gè)人的動(dòng)手能力，也對(duì)電池制作的過(guò)程有了經(jīng)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)部分鎳氫電池的工作原理電極反應(yīng)如下：(“

4、”表示充電；？ ”表示放電)正極：Ni(0H)2 + OH- ? NiOOH + H 20 + e-負(fù)極：M + xH 2O + xe- ? MH x + xOH-鎳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(kāi)，加入KOH的電解液。電池充電時(shí)，正極中 Ni(OH) 2被氧化為NiOOH，而負(fù)極則通過(guò)電解水生成 金屬氫化物，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的存儲(chǔ)。放電時(shí)，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(shí)在這個(gè)反應(yīng)過(guò)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

5、化鎳，貯氫合金粉，隔膜，電池殼，60% PT FE+ CM C粘結(jié)劑，CoO粉，Ni粉，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)極泡沫鎳共 9片，其中正極4片，負(fù)極5片，分別用電焊機(jī)焊接上鎳條。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)2十添加劑十粘結(jié)劑涂泡沫銀中-烘干、輾壓、裁剪負(fù)極板的制備負(fù)極制備焊茸極耳1.氧化鎘+添加劑+粘結(jié)劑一涂泡沫棵中一烘干、規(guī)壓、裁剪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(gè)面，并用砂紙打磨平滑， 將其中的五個(gè)面用 AB膠粘連起來(lái)，自然放置一天晾干，晾干后檢驗(yàn)是否漏液，不漏即完成

6、電池盒的制備。余下一片用烙鐵鉆2個(gè)孔。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)-正-負(fù)的順序排好，每片極板均用隔膜隔開(kāi)，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)極鎳條通過(guò)已打好的孔穿過(guò)電池蓋，用AB膠固定即可。3.5電解液的配制稱(chēng)取KOH固體含量=85%丨約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(jì)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丨溶液，進(jìn)行充放電測(cè)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)系曲線圖圖2:電池放電容量隨充放電循環(huán)

7、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(guò)程中， 充放電曲線出現(xiàn)較明顯的周期性， 電池電壓可 以保持在一定水平，其總體波動(dòng)不大。在 13000min時(shí)電壓值依然與 Omin時(shí)電壓值相差不 大，說(shuō)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(guò)程中，電池電壓呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，從第1次到第4次，充放電電流可增大至 513.8mAh，隨后開(kāi)始下降，最后大致下降至 240mAh。說(shuō)明該電池在多次循環(huán)過(guò)程中放電電流不穩(wěn)定，容 量逐漸變小。通過(guò)圖1、圖2得出以下結(jié)論：該電池在一次使用過(guò)程中性能穩(wěn)定。但假設(shè)經(jīng)過(guò)多次使 用，電池的

8、壽命較短。即實(shí)際使用價(jià)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)極材料后再次焊接的過(guò)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(shí)極板間貼得不夠緊密，易造成容量過(guò)低。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電解液 KOH溶液長(zhǎng)時(shí)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(huì)增加電池的內(nèi)阻。四、結(jié)論儲(chǔ)氫材料從狹義上講，儲(chǔ)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

9、。即儲(chǔ)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(guò) 5000次。實(shí)際上，它必須是能夠在適當(dāng)?shù)臏囟取毫ο麓罅靠赡娴?吸收和釋放氫的材料。目前，用于鎳氫電池負(fù)極儲(chǔ)氫材料的主要是金屬(或合金)儲(chǔ)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(chǔ)氫材料。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(huì)發(fā)生在鎳鎘電池，鎳氫電池較少，鋰電池則無(wú)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(huì)使電池暫時(shí)性的容量減小，導(dǎo)致使用時(shí)間縮短。從此可知，我們?cè)谏钪惺褂面嚉潆姵亍㈦姵?、筆記

10、本電腦電池的時(shí)候，不一定要每次都把電量完全耗盡之后再充電。關(guān)于隔膜MH Ni電池都是由正、負(fù)極板和隔膜組成L,隔膜被置于電池的兩電極之間，允許離子通過(guò)而不允許電子通過(guò)，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(lái)說(shuō)，MH Ni電池對(duì)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(rùn)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。使用前景隨著市場(chǎng)的需求，新型綠色環(huán)保鎳氫電池正朝著高容量、小型化、高功率方向發(fā)展。鎳氫電池產(chǎn)業(yè)將成為 21世紀(jì)能源領(lǐng)域的重大產(chǎn)業(yè)之一。鎳氫電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有助于移動(dòng)通訊， 無(wú)污染電動(dòng)車(chē)等的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將帶動(dòng)上游原材料工業(yè)的發(fā)展。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.吉縉.預(yù)充電對(duì)儲(chǔ)氫電極活化的影響.電池，2000,30(1):32-33。陳軍等編 . 化學(xué)電源原理、技術(shù)與應(yīng)用 . 化學(xué)工業(yè)出版社， 2006.傅獻(xiàn)彩 , 沈文霞 ,