第五節(jié)氫鎳電池

第五節(jié)氫鎳電池主要內(nèi)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：兩類氫鎳電池的區(qū)別貯氫合金電極：反應(yīng)機(jī)理、特點、存在的問題及發(fā)展趨勢一、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，稱為第二代空間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：較高的比能量，循環(huán)壽命長，耐過充、過放能力強(qiáng)，以及可以通過氫壓來指示電池荷電狀態(tài)等缺點：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(yīng)用于空間技術(shù)等特定的場合

低壓氫鎳電池(金屬氫化物-鎳電池)20世紀(jì)70年代起，降低儲氫材料吸氫壓力的努力有了突破性進(jìn)展，儲氫材料實用化以儲氫合金為負(fù)極、Ni(OH)2為正極優(yōu)點:較高的比能量，耐過充、過放能力強(qiáng)，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-鎳電池高壓氫-鎳電池的工作原理正極負(fù)極電池高壓氫-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-鎳電池的電性能充放電性能高壓氫-鎳電池的充放電曲線

自放電特性高壓氫-鎳電池的自放電曲線

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：鎳電極膨脹密封殼體泄漏電解液再分配

三、儲氫合金電極儲氫合金的發(fā)展歷史20世紀(jì)60年代后期荷蘭菲利浦公司和美國布魯克海文國家實驗室分別發(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(xué)原理在合金吸氫的初始階段形成固溶體（α相），合金結(jié)構(gòu)保持不變

固溶體進(jìn)一步與氫反應(yīng)生成氫化物（β相）進(jìn)一步增加氫壓，合金中的氫含量略有增加儲氫合金中氫的位置儲氫合金吸收氫后，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氫合金能夠致密的吸收大量的氫？

LaNi5中氫原子的位置

用作MH/Ni電池的儲氫合金應(yīng)當(dāng)滿足以下條件

電化學(xué)儲氫容量高，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），對氫的陽極氧化具有良好的催化作用；在氫的陽極氧化電位范圍內(nèi)，儲氫合金具有較強(qiáng)的抗氧化能力；在堿性電解質(zhì)中合金組分的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定；反復(fù)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；合金應(yīng)具有良好的電和熱的傳導(dǎo)性；原材料成本低廉，無污染.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

儲氫合金的制備通常采用熔煉法制備儲氫合金并對其進(jìn)行熱處理采用機(jī)械粉碎法或氫碎法得到合金粉儲氫合金電極的制備粘接法泡沫電極法燒結(jié)法儲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)部儲氫合金電極的自放電儲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、MH/Ni電池工作原理總反應(yīng)：充放放充充放電性能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，耐過充、過放能力強(qiáng)，無毒等優(yōu)點MH/Ni電池的結(jié)構(gòu)與Cd/Ni電池基本相同：正極為NiOOH電極，負(fù)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

MH/Ni電池的自放電比