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文档简介

1、华南师范大学实验报告学生姓名专业课程名称 学号化学(师范)年级、班级10化5物理化学实验实验项目方形镍氢电池制备与应用实验类型 验证 设计 综合 实验时间 2013 年3 月512日实验指导老师实验评分 一、引言1. 实验背景由于大量使用的镍镉电池(Ni Cd )中的镉有毒,使废电池处理复杂, 环境受到污染,因此它将逐渐被用储氢合金做成的镍氢充电电池(Ni MH )所替代。从电池电量来讲,相同大小的镍氢充电电池电量比镍镉电池高约1.52倍,且无镉的污染,现已经广泛地用于移动通讯、笔记本计算机等各种小型便携式的电子设备。镍氢充电电池具有很大的市场潜力,因而世界各国都在加大对这方面的研究。2. 实

2、验目的(1) 学习有关电池的基本概念和知识:正负极、隔膜、黏合剂、电解液、工作原理等,使 得自己对日常生活中常见的电池有更加深入和清晰的认识;(2) 亲身实践电池的制作工作,如点焊镍网、调试黏合剂、切割和制作电池外壳、辊压极 板等,从而增强个人的动手能力,也对电池制作的过程有了经验。二、实验部分1.镍氢电池的工作原理镍氢电池的正极活性物质为Ni(OH)2,负极为贮氢合金,正负电极用隔膜分开,根据不同使用条件的要求,采用KOH并加入LiOH或NaOH的电解液。电池充电时,正极中Ni(OH)2 被氧化为NiOOH而负极则通过电解水生成金属氢化物,从而实现对电能的存储。放电时, 正极中的NiOOH被

3、还原为Ni(OH) 2,负极中的氢被氧化为水,同时在这个反应过程中向外电 路释放出电量。电极反应如下:(“ ? ”表示充电;“ ? ”表示放电) 正极:Ni(OH) 2 + OH ? NiOOH + H 2O + e-负极:M + XH2O + xe- ? MHx + xOH-2实验仪器与试剂2.1实验仪器极板的制作r点焊机(焊接泡沫镍与镍条);V烘箱(烘干电极板);L压片机(压缩极板);电池外壳的制作广有机玻璃(电池壳材料);锯子(切割有机玻璃);砂纸(打磨有机玻璃片,使其边缘光滑,易于粘接,避免漏液);环氧树脂+固化剂(粘结剂);.钻孔器(在电池壳上打孔)计算机控制充放电仪器(测试电池盒性

4、能,绘制伏安曲线图);2.2实验试剂氢氧化镍(正极活性物质,放电比容量220mAh/g);贮氢合金粉(负极活性物质 ,放电比容量280mAh/g);隔膜(PE隔膜,作用:隔开正负极,避免短路,储存电解液,提供气体通道);60%( PTFE + CMC 粘结剂;Ni粉(提高极板导电性);Co粉(提高极板导电性和物质反应可逆性);KOH (用于配置电解液)3.实验步骤3.1正负极板的裁剪裁剪正负极泡沫镍,约 3cm*2.5cm共7片,其中正极3片,负极4片,分别用电焊机焊 接上镍条3.2正负极板的制备(1)正极板的制备尸止极制备焊接极耳4Ni(OH)2+电剂+粘结剂一涂泡沫谏中一烘干*牡压、裁剪(

5、2) 负极板的制备负极制备焊密极耳贮氢合金I添加剂I粘结剂涂镀靈穿孔钢带上一烘干裏SE.裁剪或涂泡沫臻中3.3电池盒的制备根据极板的大小,确定电池盒的规格用锯子在有机玻璃板上锯出电池盒的六个面,并 用砂纸打磨平滑,将五个面用粘合剂(环氧树脂+固化剂)粘连起来,自然放置一天晾干,晾干后检验是否漏液,不漏即完成电池盒的制备。余下一片用剪刀钻3个孔。3.4电解液的配制3.5电池盒的组装将7片极板按负-正-负-正-负-正-负的顺序排好,整理好放入电池盒中,加入电解液, 并将正极和负极镍条穿过电池盖,用环氧树脂固定即可。组装完成后进行充放电测试。三、结果与讨论1. 电池循环充放电曲线图电日D 500 1

6、000 1500 2COO 2500 3000 3500 4000 4500 5000 &5D0讨 rmin图1 :电池循环充放电曲线图2. 电池放电容量随充放电循环次数关系曲线图 黄日mAh20- - - - ooioo300wo3co?oo 7 6 5 4 5?Mvg二一尋齬环K数图2:电池放电容量随充放电循环次数关系曲线图3. 电池单次充放电曲线图1450 15W 1550T7W 1750 1SQC 1350 1900对步min图3 :电池单次充放电曲线图4. 数据分析由图1可知:电池在循环充放电过程中, 充放电曲线比较有规律,电压保持在一定水平, 其大小波动不大,在 4974min时依

7、然保持电压值较恒定,说明电池性能比较稳定,充放电 电压稳定。由图2可知:20次循环充放电过程中,从第1次到第5次,充放电电流逐渐增大至590.3mAh,然后开始有所下降,最后大致落在574mAh579mAh这个区间内。说明电池性能比较稳定,放电电流稳定。由图3可知:充满电的电池,其电压在放电起始阶段下降较快 ,随后放电相对较慢; 在充 电起始阶段,电池端电压迅速上升,随后上升的速度较慢,最终到达最大电压值。细心可以发 现,电池在放电结束之后,其电压不为 0,而是大于0。总体上电池性能稳定。5实验的收获(1)实验前应查阅足够的资料,做好准备,不怕麻烦由于实验前,对电池中极板间的距离不了解, 不知

8、道极板之间需要相对紧密地合在一起,因此制作出来的电池外壳太宽了,多了好多没用的空间。如图4所示:图4电池外壳a尽管可以在电池内加一块有机玻璃,减小电池宽度,并刚好可以放下7块极板,但这样影响了电池外壳的美观程度。(2)学习了 AutoCAD 的基本操作,画出理想的电池外壳图像,如图5所示。这个软件进行二维制作非常的方便。图5电池外壳b(3) 制作电池外壳,在切割有机玻璃后,要用砂纸仔细磨平有机玻璃的切面,这样就 不必使用过多的粘合剂,而且产品会更美观。四、结论1储氢材料从狭义上讲,储氢材料是一种能与氢反应生成金属氢化物的物质;但是它与一般金属氢化物有明显的差异。即储氢材料必须具备高度的反应可逆

9、性,而且,此可逆循环的次数必须足够多,循环次数超过 5000次。实际上,它必须是能够在适当的温度、压力下大量可逆的 吸收和释放氢的材料。目前,用于镍氢电池负极储氢材料的主要是金属(或合金)储氢材料,氢几乎可以同周期表中的各种元素反应, 生成各种氢化物或氢化合物,但并不是所有金属氢化物都能做储氢材料。2记忆效应记忆效应是电池因为使用而使电池内容物产生结晶的一种效应。一般只会发生在镍镉电池,镍氢电池较少,锂电池则无此现象。 发生的原因是由于电池重复的部分充电与放电不完 全所致。会使电池暂时性的容量减小,导致使用时间缩短。从上面的这段话可知,我们在生活中使用镍氢电池、 手机电池、笔记本电脑电池的时候, 不一定要每次都把电量完全耗尽之后再充电。3关于隔膜MH Ni电池都是由正、负极板和隔膜组成 L,隔膜被置于电池的两电极之间,允许离子 通过而不允许电子通过,它是电池的心脏材料,隔膜品质的优劣直接决定电池性能的好坏一般来说,MHH Ni电池对隔膜的要求如下:良好的化学稳定性,如耐电解液的强碱等,不易老化,优良的抗氧化能力;良好的润湿性和电解液保持能力;较好的离子

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