化學(xué)電源工藝學(xué)-第6章-氫鎳電池 (1)課件

Chapter6

H2-NiOOH電池

（Nickel-HydrogenBatteries）

MH-NiOOH電池

（Nickel-MetalHydrideBatteries）6.1概述高比能量循環(huán)壽命長(zhǎng)耐過(guò)充過(guò)放能力強(qiáng)可通過(guò)氫壓指示電池荷電狀態(tài)高壓氫鎳蓄電池MH-NiOOHSecondaryBatteries電池組成：(-)MH/KOH/NiOOH(+)負(fù)極材料：儲(chǔ)氫合金粉正極材料：Ni(OH)2單體電池電壓：1.2V循環(huán)壽命500-1000次與鎘鎳蓄電池相比優(yōu)點(diǎn)：比能量高，為其1.5-2倍；綠色環(huán)保；無(wú)記憶效應(yīng)；可大電流充放電；低溫性能好

低壓氫鎳蓄電池（氫原子電池）6.2.1高壓氫鎳電池的工作原理

(－)Pt，H2∣KOH(或NaOH)∣NiOOH(＋)

6.2高壓氫-鎳電池

Reactions6.2.2StructureofNi-HBatteries

壓力容器正匯流條電極組下壓板密封件絕緣墊圈正極柱上壓板負(fù)匯流條焊接圈負(fù)極柱注入孔氫鎳單體電池剖面結(jié)構(gòu)示意圖IPV(independentpressurevessel)：

獨(dú)立容器電池CPV(commonpresurevessel)：共容器，每個(gè)容器里有多個(gè)極組串聯(lián)SPV(singlepressruevessel)：一個(gè)電池組共用一個(gè)壓力器DPV(dependentpressurevessel)：一個(gè)電池一個(gè)容器，但容器的大面相互緊靠，相互支撐組成電池組。電池組成（1）壓力容器

（2）鎳電極

（3）氫電極

鉑催化電極活性炭作載體聚四氟乙烯粘結(jié)的鉑催化電極。（4）隔膜石棉膜和氧化鋯布.具有熱穩(wěn)定性和具有貯存電解液的作用。氧化鋯布能夠透過(guò)氣體，稱為雙功能隔膜。（5）電解液電解液為密度1.3g/cm3的KOH水溶液，添加一定量的LiOH。（6）電極組

，背對(duì)背式和重復(fù)循環(huán)氣體擴(kuò)散網(wǎng)氫電極（Pt）隔膜鎳電極氣體擴(kuò)散網(wǎng)氫電極（Pt）隔膜鎳電極（a）背對(duì)背式（b）重復(fù)循環(huán)式氫鎳電池中電極對(duì)排列形式6.2.3高壓氫鎳電池的電性能(performancecharacteristics)

一、氫-鎳電池的充放電性能

二、自放電特性(self-discharge)三、電池工作壽命(servicelife)（1）鎳電極膨脹(2）密封殼體泄漏/view/841c8cea998fcc22bcd10d3b.html（3）電解液再分配6.3金屬氫化物-鎳(MH-Ni)電池

Nickel-MetalHydridebatteries

電池組成：(-)MH/KOH/NiOOH(+)負(fù)極材料：儲(chǔ)氫合金粉正極材料：Ni(OH)2單體電池電壓：1.2V循環(huán)壽命500-1000次6.3.1Characteristics6.3.2MH-Ni電池的工作原理PositiveNegativeOverallreactionHydrogenreaction

副反應(yīng)固溶體金屬氫化物氫原子在合金中的擴(kuò)散步驟為控制步驟充放電過(guò)程中物質(zhì)轉(zhuǎn)換MH-NiOOH電池正負(fù)極反應(yīng)與氣體流動(dòng)示意圖

6.4儲(chǔ)氫合金電極

H2、液氫、金屬氫化物的氫密度與含氫率固態(tài)儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)：體積儲(chǔ)氫容量高無(wú)需高壓及隔熱容器安全性好，無(wú)爆炸危險(xiǎn)可得到高純氫，提高氫的附加值體積比較氫含量比較

副反應(yīng)6.4.1貯氫合金的熱力學(xué)原理

T4T3T2T1P1P2P3P4氫壓力低--氫濃度--高金屬氫化物的PCT曲線ABT1＜T2＜T3＜T4最大吸氫量平臺(tái)氫壓（平衡氫壓）吸氫平臺(tái)壓力吸氫時(shí)，首先形成固溶體α-MHab，隨著pH2的增加，M中的H濃度不斷提高，達(dá)到一定值后，開始生成β-MH，在α相與β相共存時(shí)，理論上pH2不變。這個(gè)氫氣分壓為平臺(tái)氫壓。當(dāng)β相完全形成時(shí)，pH2才開始上升。釋氫平臺(tái)壓力放氫過(guò)程的逆過(guò)程。是由易生成穩(wěn)定氫化物的元素A（如La,Zr,Mg,V,Ti等）與其他元素B（如Ni,Mn,Fe,Co,Cu,Zn,Al,Cr等）組成的金屬間化合物，它既可以大量?jī)?chǔ)氫，也可以釋放儲(chǔ)存的氫。6.4.2儲(chǔ)氫合金

（hydrogenstoragemetalalloy）儲(chǔ)氫合金分類AB5型：稀土鎳系合金，如LaNi5AB2型：Laves相合金，如ZrMn2AB型：Ti-Ni系合金，如TiNiA2B型：鎂基合金，如Mg2NiV基固溶體型合金，如V0.8Ti0.2金屬晶格中的晶格間位置○—金屬原子●—?dú)湓?/p>

HydrogenonTetrahedralSites

HydrogenonOctahedralSites用作電池材料需具備的條件1.儲(chǔ)氫容量高，溫度影響小2.平衡氫壓適中0.02-0.5MPa3.對(duì)氫的陽(yáng)極氧化有催化作用，且合金有較強(qiáng)的抗氧化能力4.在電液中穩(wěn)定5.充放電過(guò)程中不易粉化，不變形6.導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好Importantpropertiesofthealloy

1.Goodhydrogenstoragetoachieveahigh-energydensityandbatterycapacity2.Thermodynamicpropertiessuitableforreversibleabsorption/desorption3.Lowhydrogenequilibriumpressure4.Highelectrochemicalreactivity5.Favorablekineticpropertiesforhigh-rateperformance6.Highoxidationresistance7.Stability,withrepeatedcharge/dischargecycles,inalkalineelectrolyte6.4.3貯氫合金電極的電化學(xué)容量

F—法拉第常數(shù)；M—貯氫材料的摩爾質(zhì)量。6.4.4儲(chǔ)氫合金制備方法1.電弧爐熔煉法2.快速冷凝氣流霧化法3.中頻感應(yīng)爐熔煉法4.還原擴(kuò)散法5.反應(yīng)燒結(jié)法6.添加微量稀土元素法粉碎：氫碎法機(jī)械粉碎法性能下降原因1.合金的微粉化2.氧化：對(duì)稀土類材料，充放過(guò)程中易發(fā)生某些元素的偏析，偏析元素易被腐蝕，即發(fā)生氧化，失去儲(chǔ)氫性質(zhì)3.貯氫合金電極的自放電6.4.5貯氫合金的表面處理技術(shù)

1.化學(xué)處理法

化學(xué)處理法有酸、堿及氟化物處理法。2.微包覆處理法

用化學(xué)鍍的方法可以在合金粉表面包覆一層厚度為微米級(jí)的金屬膜，一般可包覆一層銅、鎳、鎳-鈷、鉻或鈀金屬膜。3.熱處理法使沉積在晶界上的元素合金化提高抗氧化能力和耐腐蝕能力。6.4.6貯氫合金電極的制造

粘結(jié)法燒結(jié)法泡沫電極法6.5MH-Ni電池的性能

充放電特性溫度特性自放電特性和循環(huán)壽命循環(huán)壽命自放電特性思考習(xí)