化学电源工艺学-第6章-氢镍电池 (1)课件

Chapter6

H2-NiOOH电池

（Nickel-HydrogenBatteries）

MH-NiOOH电池

（Nickel-MetalHydrideBatteries）6.1概述高比能量循环寿命长耐过充过放能力强可通过氢压指示电池荷电状态高压氢镍蓄电池MH-NiOOHSecondaryBatteries电池组成：(-)MH/KOH/NiOOH(+)负极材料：储氢合金粉正极材料：Ni(OH)2单体电池电压：1.2V循环寿命500-1000次与镉镍蓄电池相比优点：比能量高，为其1.5-2倍；绿色环保；无记忆效应；可大电流充放电；低温性能好

低压氢镍蓄电池（氢原子电池）6.2.1高压氢镍电池的工作原理

(－)Pt，H2∣KOH(或NaOH)∣NiOOH(＋)

6.2高压氢-镍电池

Reactions6.2.2StructureofNi-HBatteries

压力容器正汇流条电极组下压板密封件绝缘垫圈正极柱上压板负汇流条焊接圈负极柱注入孔氢镍单体电池剖面结构示意图IPV(independentpressurevessel)：

独立容器电池CPV(commonpresurevessel)：共容器，每个容器里有多个极组串联SPV(singlepressruevessel)：一个电池组共用一个压力器DPV(dependentpressurevessel)：一个电池一个容器，但容器的大面相互紧靠，相互支撑组成电池组。电池组成（1）压力容器

（2）镍电极

（3）氢电极

铂催化电极活性炭作载体聚四氟乙烯粘结的铂催化电极。（4）隔膜石棉膜和氧化锆布.具有热稳定性和具有贮存电解液的作用。氧化锆布能够透过气体，称为双功能隔膜。（5）电解液电解液为密度1.3g/cm3的KOH水溶液，添加一定量的LiOH。（6）电极组

，背对背式和重复循环气体扩散网氢电极（Pt）隔膜镍电极气体扩散网氢电极（Pt）隔膜镍电极（a）背对背式（b）重复循环式氢镍电池中电极对排列形式6.2.3高压氢镍电池的电性能(performancecharacteristics)

一、氢-镍电池的充放电性能

二、自放电特性(self-discharge)三、电池工作寿命(servicelife)（1）镍电极膨胀(2）密封壳体泄漏/view/841c8cea998fcc22bcd10d3b.html（3）电解液再分配6.3金属氢化物-镍(MH-Ni)电池

Nickel-MetalHydridebatteries

电池组成：(-)MH/KOH/NiOOH(+)负极材料：储氢合金粉正极材料：Ni(OH)2单体电池电压：1.2V循环寿命500-1000次6.3.1Characteristics6.3.2MH-Ni电池的工作原理PositiveNegativeOverallreactionHydrogenreaction

副反应固溶体金属氢化物氢原子在合金中的扩散步骤为控制步骤充放电过程中物质转换MH-NiOOH电池正负极反应与气体流动示意图

6.4储氢合金电极

H2、液氢、金属氢化物的氢密度与含氢率固态储氢的优势：体积储氢容量高无需高压及隔热容器安全性好，无爆炸危险可得到高纯氢，提高氢的附加值体积比较氢含量比较

副反应6.4.1贮氢合金的热力学原理

T4T3T2T1P1P2P3P4氢压力低--氢浓度--高金属氢化物的PCT曲线ABT1＜T2＜T3＜T4最大吸氢量平台氢压（平衡氢压）吸氢平台压力吸氢时，首先形成固溶体α-MHab，随着pH2的增加，M中的H浓度不断提高，达到一定值后，开始生成β-MH，在α相与β相共存时，理论上pH2不变。这个氢气分压为平台氢压。当β相完全形成时，pH2才开始上升。释氢平台压力放氢过程的逆过程。是由易生成稳定氢化物的元素A（如La,Zr,Mg,V,Ti等）与其他元素B（如Ni,Mn,Fe,Co,Cu,Zn,Al,Cr等）组成的金属间化合物，它既可以大量储氢，也可以释放储存的氢。6.4.2储氢合金

（hydrogenstoragemetalalloy）储氢合金分类AB5型：稀土镍系合金，如LaNi5AB2型：Laves相合金，如ZrMn2AB型：Ti-Ni系合金，如TiNiA2B型：镁基合金，如Mg2NiV基固溶体型合金，如V0.8Ti0.2金属晶格中的晶格间位置○—金属原子●—氢原子

HydrogenonTetrahedralSites

HydrogenonOctahedralSites用作电池材料需具备的条件1.储氢容量高，温度影响小2.平衡氢压适中0.02-0.5MPa3.对氢的阳极氧化有催化作用，且合金有较强的抗氧化能力4.在电液中稳定5.充放电过程中不易粉化，不变形6.导电、导热性好Importantpropertiesofthealloy

1.Goodhydrogenstoragetoachieveahigh-energydensityandbatterycapacity2.Thermodynamicpropertiessuitableforreversibleabsorption/desorption3.Lowhydrogenequilibriumpressure4.Highelectrochemicalreactivity5.Favorablekineticpropertiesforhigh-rateperformance6.Highoxidationresistance7.Stability,withrepeatedcharge/dischargecycles,inalkalineelectrolyte6.4.3贮氢合金电极的电化学容量

F—法拉第常数；M—贮氢材料的摩尔质量。6.4.4储氢合金制备方法1.电弧炉熔炼法2.快速冷凝气流雾化法3.中频感应炉熔炼法4.还原扩散法5.反应烧结法6.添加微量稀土元素法粉碎：氢碎法机械粉碎法性能下降原因1.合金的微粉化2.氧化：对稀土类材料，充放过程中易发生某些元素的偏析，偏析元素易被腐蚀，即发生氧化，失去储氢性质3.贮氢合金电极的自放电6.4.5贮氢合金的表面处理技术

1.化学处理法

化学处理法有酸、碱及氟化物处理法。2.微包覆处理法

用化学镀的方法可以在合金粉表面包覆一层厚度为微米级的金属膜，一般可包覆一层铜、镍、镍-钴、铬或钯金属膜。3.热处理法使沉积在晶界上的元素合金化提高抗氧化能力和耐腐蚀能力。6.4.6贮氢合金电极的制造

粘结法烧结法泡沫电极法6.5MH-Ni电池的性能

充放电特性温度特性自放电特性和循环寿命循环寿命自放电特性思考习