鎳氫電池課件

鎳氫電池主要內(nèi)容：電池組成及工作原理儲氫合金材料鎳氫電池的優(yōu)缺點電池保存和恢復(fù)方法重點：蓄電池：工作原理正極：Ni(OH)2負(fù)極：儲氫合金一﹑概述1.電池組成電池組成：(–)MH︱KOH︱NiOOH(+)負(fù)極材料：儲氫合金粉正極材料：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：比能量高，為其1.5-2倍；綠色環(huán)保；無記憶效應(yīng)；可大電流充放電；低溫性能好。2.鎳氫電池組件鎳氫電池由氫氧化鎳正極，儲氫合金負(fù)極，隔膜紙，電解液，鋼殼，頂蓋，密封圈等組成。在圓柱形電池中，正負(fù)極用隔膜紙分開卷繞在一起，然后密封在鋼殼中。在方形電池中，正負(fù)極由隔膜紙分開后疊成層狀密封在鋼殼中。低壓氫鎳蓄電池（氫原子電池）3.鎳氫電池的優(yōu)缺點及應(yīng)用前景它的初始成本較高，電池自放電速度較大，以及有爆炸的可能性。這種電池的突出優(yōu)點是循環(huán)壽命長，1977年起在地球同步軌道條件下工作壽命超過10年。此外，它承受過充電和過放電的能力很強(qiáng)。鎳氫電池的前景十分樂觀，隨著研究工作的進(jìn)展，最終在航天領(lǐng)域內(nèi)取代鎘鎳電池。二﹑高壓氫-鎳電池高比能量循環(huán)壽命長耐過充過放能力強(qiáng)可通過氫壓指示電池荷電狀態(tài)1.高壓氫鎳電池的工作原理鎳氫電池是以氫氧化鎳作為正極，氫氣作為負(fù)極，氫氧化鉀溶液做電解液。(－)Pt，H2∣KOH(或NaOH)∣NiOOH(＋)2.氫鎳單體電池結(jié)構(gòu)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）電極組背對背式和重復(fù)循環(huán)式氣體擴(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）背對背式（b）重復(fù)循環(huán)式氫鎳電池中電極對排列形式3.高壓氫鎳電池的電性能1）氫-鎳電池的充放電性能2）自放電特性3）電池工作壽命（1）鎳電極膨脹（2）密封殼體泄漏（3）電解液再分配三﹑金屬氫化物-鎳(MH-Ni)電池電池組成：(–)MH/KOH/NiOOH(+)負(fù)極材料：儲氫合金粉正極材料：Ni(OH)2單體電池電壓：1.2V循環(huán)壽命500-1000次1.MH-Ni電池的工作原理

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程中物質(zhì)轉(zhuǎn)換

MH-NiOOH電池正負(fù)極反應(yīng)與氣體流動示意圖鎳氫電池的工作狀態(tài)可以劃分為三種：正常工作狀態(tài)、過充電狀態(tài)和過放電狀態(tài)。在不同工作狀態(tài)下，電池內(nèi)部發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)是不同的。電極標(biāo)準(zhǔn)電位

四﹑儲氫合金電極H2、液氫、金屬氫化物的氫密度與含氫率

固態(tài)儲氫的優(yōu)勢：1）體積儲氫容量高2）無需高壓及隔熱容器3）安全性好，無爆炸危險4）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)1.貯氫合金的熱力學(xué)原理

固溶體金屬氫化物T4T3T2T1P1P2P3P4氫壓力低--氫濃度--高金屬氫化物的PCT曲線ABT1＜T2＜T3＜T4最大吸氫量貯氫合金吸收和釋放出氫的過程，最方便的表示方法是壓力－組成－等溫線，即P-C-T曲線。合金吸收的氫原子占據(jù)金屬晶格中的空隙位置，其密度取決于H2的壓力，根據(jù)Gibbs相律，溫度一定時，反應(yīng)有一定的平衡壓力。吸氫平臺壓力吸氫時，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，理論上pH2不變。這個氫氣分壓為平臺氫壓。當(dāng)β相完全形成時，pH2才開始上升。釋氫平臺壓力放氫過程的逆過程。2.儲氫合金

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，F(xiàn)e，Co，Cu，Zn，Al，Cr等）組成的金屬鍵化合物，它既可以大量儲氫，也可以釋放儲存的氫。MH-Ni電池的負(fù)極是儲氫合金，儲氫合金是一種能大量吸收并釋放氫的功能材料，其吸氫體積超過合金本身體積的1000倍，吸氫密度為液氫的1.4倍以上。一般適用于Ni-MH電池的儲氫材料有兩大系列：一類是以LaNi5稀土系儲氫合金；另一類是以TiNi2為主體的儲氫合金。

儲氫合金分類：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儲氫合金的共同特點是在低溫低壓下能夠可逆地吸收、釋放氫。金屬晶格中的晶格間位置○—金屬原子●—氫原子

HydrogenonTetrahedralSites

HydrogenonOctahedralSites用作電池材料需具備的條件：儲氫容量高，溫度影響小平衡氫壓適中0.02-0.5MPa對氫的陽極氧化有催化作用，且合金有較強(qiáng)的抗氧化能力在電液中穩(wěn)定充放電過程中不易粉化，不變形導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好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。4.儲氫合金制備方法電弧爐熔煉法快速冷凝氣流霧化法中頻感應(yīng)爐熔煉法還原擴(kuò)散法反應(yīng)燒結(jié)法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：合金的微粉化由于氫的多次吸收與釋放，貯氫合金的晶格反復(fù)膨脹與收縮，引起貯氫合金材料破裂成更細(xì)的粉末。氧化對稀土類材料，充放過程中易發(fā)生某些元素的偏析，偏析元素易被腐蝕，即發(fā)生氧化，失去儲氫性質(zhì)。貯氫合金電極的自放電有兩方面原因：一是電極的合金選用不當(dāng)，即使在室溫下，氫也會釋放出來；另一種是貯氫合金中某種金屬元素的化學(xué)性質(zhì)在堿液中或氧氣氛圍中不穩(wěn)定，易被腐蝕。5.貯氫合金的表面處理技術(shù)化學(xué)處理法化學(xué)處理法有酸、堿及氟化物處理法。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的金屬膜，一般可包覆一層銅、鎳、鎳-鈷、鉻或鈀金屬膜。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.貯氫合金電極的制造粘結(jié)法燒結(jié)法泡沫電極法

鎳氫電池設(shè)計時，容量實際上是由正極限制的，負(fù)極容量設(shè)計過剩，以保證過充電時候，正極產(chǎn)生的氧氣可以到負(fù)極反應(yīng)，電池的內(nèi)壓不會有明顯升高。五﹑MH-Ni電池的性能充放電特性溫度特性循環(huán)壽命自放電特性六、電池保存和恢復(fù)方法鎳氫電池和鎳鎘電池特性不同，保存方法不同。鎳鎘電池應(yīng)將電用完保存，所以一般新鎳鎘電池是基本沒有電的，需要自己來充。采用正確的充電方法，大概需要充放3－5次才能將電池恢復(fù)到最佳狀態(tài)。鎳氫電池要長期保存前，應(yīng)該充電到80％左右保存。因此新的鎳氫電池有一些電，因為廠家已經(jīng)預(yù)充電，防止運(yùn)輸周