鉅大LARGE | 點擊量:5904次 | 2022年03月25日
鎳氫電池的主要特點,正負極材料是什么
鎳氫電池內的正極材料:
鎳基集流體:泡沫鎳或鎳箔;
活性材料:氫氧化亞鎳Ni(OH)2;
導電劑:鎳粉;
添加劑:鈷,氧化亞鈷,Y2O3,Yb2O3等;
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
粘接劑:CMC,PTFE等。
配粉(包括正極活性物質和負極活性物質)→極片制作【包括正極負極片,工序有涂覆、烘干(干法制片不需要)、碾壓、裁切、稱重,正極片還需要點焊極耳及用絕緣膠布包極耳】→卷繞入殼(之前需要準備好尺寸合適的隔膜)→滾槽→加注電解液→加密封圈→點焊電池蓋→封口→電池活化→容量分選
鎳氫電池具有充電快、安全可靠、環保污染、壽命長等特點。鎳氫電池無記憶效應。
鎳氫電池正極活性物質為氫氧化鎳(稱氧化鎳電極),負極活性物質為金屬氧化物,也稱貯氫合金(電極稱貯氫電極),電解液為6N氫氧化鉀。
鎳氫電池正極的活性物質為NiOOH(放電時)和Ni(OH)2(充電時),負極板的活性物質為H2(放電時)和H2O(充電時),電解液采用30%的氫氧化鉀溶液。
充電時,負極析出氫氣,貯存在容器中,正極由氫氧化亞鎳變成氫氧化鎳(NiOOH)和H2O;放電時氫氣在負極上被消耗掉,正極由氫氧化鎳變成氫氧化亞鎳。
鎳氫電池是一種性能良好的蓄電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。鎳氫電池正極活性物質為Ni(OH)2(稱NiO電極),負極活性物質為金屬氫化物,也稱儲氫合金(電極稱儲氫電極),電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液。鎳氫電池作為氫能源應用的一個重要方向越來越被人們注意。[
由于化石燃料在人類大規模開發利用的情況下越來越少,近年來,氫能源的開發利用日益受到重視。鎳氫電池作為氫能源應用的一個重要方向越來越被人們注意。雖然鎳氫電池確實是一種性能良好的蓄電池,但航天用鎳氫電池是高壓鎳氫電池(氫壓可達3.92MPa,即40kg/cm2),這樣的高壓力氫氣貯存在薄壁容器內使用容易爆炸,而且鎳氫電池還需要貴金屬做催化劑,使它的成本變得很貴,這就很難為民用所接受,因此,國外自70年代開始探索民用的低壓鎳氫電池。鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。高壓鎳氫電池是20世紀70年代初由美國的M.Klein和J.F.Stockel等首先研制。用鎳氫電池代替鎘鎳電池并應用于各種衛星上的趨勢已經形成。
鎳氫電池正極活性物質為Ni(OH)2(稱NiO電極),負極活性物質為金屬氫化物,也稱儲氫合金(電極稱儲氫電極),電解液為6mol/L氫氧化鉀溶液。活性物質構成電極極片的工藝方式主要有燒結式、拉漿式、泡沫鎳式、纖維鎳式及嵌滲式等,不同工藝制備的電極在容量、大電流放電性能上存在較大差異,一般根據使用條件不同的工藝生產電池。通訊等民用電池大多采用拉漿式負極、泡沫鎳式正極構成電池。充放電化學反應如下[1]:
正極:Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-
負極:M+H2O+e-=MHab+OH-
總反應:Ni(OH)2+M=NiOOH+MH
注:M:氫合金;Hab:吸附氫;反應式從左到右的過程為充電過程;反應式從右到左的過程為放電過程。
充電時正極的Ni(OH)2和OH-反應生成NiOOH和H2O,同時釋放出e-一起生成MH和OH-,總反應是Ni(OH)2和M生成NiOOH,儲氫合金儲氫;放電時與此相反,MHab釋放H+,H+和OH-生成H2O和e-,NiOOH、H2O和e-重新生成Ni(OH)2和OH-。電池的標準電動勢為1.319V。
鎳氫電池分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫電池。
低壓鎳氫電池具有以下特點:(1)電池電壓為1.2~1.3V,與鎘鎳電池相當;(2)能量密度高,是鎘鎳電池的1.5倍以上;(3)可快速充放電,低溫性能良好;(4)可密封,耐過充放電能力強;(5)無樹枝狀晶體生成,可防止電池內短路;(6)安全可靠對環境無污染,無記憶效應等。[1]
高壓鎳氫電池具有如下特點:(1)可靠性強。具有較好的過放電、過充電保護,可耐較高的充放電率并且無枝晶形成。具有良好的比特性。其質量比容量為60A·h/kg,是鎘鎳電池的5倍。(2)循環壽命長,可達數千次之多。(3)全密封,維護少。(4)低溫性能優良,在-10℃時,容量沒有明顯改變。
鎳氫電池在使用時應注意維護。
(1)使用過程忌過充電。在循環壽命之內,使用過程切忌過充電,這是因為過充電容易使正、負極發生膨脹,造成活性物脫落和隔膜損壞,導電網絡破壞和電池歐姆極化變大等問題。
(2)防止電解液變質。在鎳氫電池循環壽命期,應抑制電池析氫。
(3)鎳氫電池的存放。保存鎳氫電池應在充足電后,如果在電池中沒有儲存電能的情況下長期保存電池,將使電池負極儲氫合金的功能減弱,并導致電池壽命減短。
(4)電量用盡后充電。鎳氫電池和鎳鎘電池相同,都有“記憶效應”,即如果放電途中在電池還殘存電能的狀態下反復充電使用,電池很快就不能用了。
鎳氫電池已經是一種成熟的產品,目前國際市場上年生產鎳氫電池數量約7億只,日本鎳氫電池產業規模和產量一直高居各國前列,美國和德國僅此于日本,在鎳氫電池領域也開發和研制多年。我國制造鎳氫電池原材料的稀土金屬資源豐富,已經探明儲量占世界已經探明總儲量的80%以上。目前國內研制開發的鎳氫電池原材料加工技術也日趨成熟。鎳氫電池可以和鋅錳電池、鎘鎳電池互換使用,今后圓形電池主要朝著產品規格的多樣性和商業化方面發展,而方形電池的發展重點是作為動力車的動力源。
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