镍氢电池高温性能研究

镍氢电池高温性能研究

由于电池性能的优越性，全年电动汽车的快速发展，尽管电池池已成为最理想的电池，但电池池的夏季性能仍需进一步提高。为了保证电动汽车的正常运行，必须详细研究提高电池池的夏季性能。据文献报道，由于夏季炎热，尤其是夏季炎热，产生的充电效率较低。为了提高电池的夏季负荷性能，必须详细改进电池的夏季负荷。据文献，由于夏季炎热，南京氢池的正压能耗较低。大多数充电电压电压的正压值较低。在正压中加入co和稀土氧化物可以提高电极的析氧性能和充电效率。刘建华等人采用正交实验法提高了金属氢池的日照时间。简而言之，提高耐荫池高温性能的途径是提高积极充电率，提高高温条件下的消极耗竭能耗，并利用充电压多用于氧化氮2个活动物质。限制或延迟氧化反应。影响镍氢电池高温性能的决定因素是电池的高温充电过程,这是因为高温充电时,镍正极析氧电位有较大降低,易发生析氧副反应,导致大量充电电量被浪费用于电解水的反应,充电效率降低.因此,本文研究了镍正极中添加Na2WO4的镍氢电池的高温性能,分析了不同添加量的Na2WO4对镍氢电池高温充电、常温放电性能的影响,同时利用阳极伏安过程研究了Na2WO4对镍正极的作用机理.研究表明,镍正极中添加Na2WO4是一种行之有效的提高镍氢电池高温性能的方法,具有广泛的应用前景.1实验部分1.1泡沫镍集流体的制备电池的制备工序如下:将质量分数为0.0%、0.5%、1.0%、1.5%的分析纯Na2WO4分别与等量Ni(OH)2(河南科隆公司)混合均匀,采用刮浆工艺制备镍正极片,即将混合好的活性物质浆料(含CoO、PTFE等添加剂)刮涂到泡沫镍集流体中,然后依次进行烘干、压制和剪裁;负极采用斜拉铜网干法,经辊压、剪裁、浸胶等工艺制备而成;正、负极尺寸分别为42.5mm×85mm×0.65mm和43.5mm×115mm×0.30mm(要求极片的重量在±0.1g的误差内).将正、负极片与聚丙烯隔膜卷绕后装入钢壳,再经过滚槽、涂密封油、注液、封口及化成后即制成24支AA1800mAh镍氢电池(每种组成有6支电池).在整个制备过程中要严格控制工艺,以保证24支电池均有等量的Ni(OH)2、负极贮氢合金和电解液,所不同的仅是Na2WO4的用量.1.2放电电池内阻测量电池的化成、分容过程在广州擎天BK-2768/2化检设备上完成.每种测试条件下分别取各种电池各四支(测试过的电池可以继续使用),用BS9380电池测试装置测试电池在25、45和70℃条件下0.5C充电144min后,再在设定温度(分别为25、45和70℃)条件下0.5C放电至1.0V.为使充电时电池各部位的温度均匀稳定,充放电前将电池放在101-1A型数显式电热恒温箱24h以上.在BS-VR电池内阻测试仪上测量电池放电后的内阻;荷电保持率的测试分别在40、45、50和55℃下进行:将充满电的电池在环境下搁置7d后,测试相应温度下的0.5C放电容量,搁置前后容量之比即为荷电保持率.循环伏安曲线使用德国制造的Gamery型电化学工作站测量.测试条件:6mol·L-1KOH,扫描范围是0～0.6V,扫描速度为0.1V·s-1,参比电极为Hg/HgO/6mol·L-1KOH电极.2结果与讨论2.1不同极值对电池放电容量的影响图1(a)为25℃时,镍正极中添加0%、0.5%、1.0%和1.5%的Na2WO4时电池的充放电曲线,可见,各种电池具有相似的充放电特性.充电至100%左右容量后,各电池的电压平台均有较大提高,这是由于析氧副反应造成的(4OH-=O2+2H2O+4e).因为25℃时Ni(OH)2的氧化电位远低于氧析出电位,充电前期主要发生Ni(OH)2氧化为NiOOH的反应,随充电时间的延长,逐渐出现与析氧电位相关的电压平台.但相对于空白镍氢电池,正极中添加Na2WO4后的析氧电位平台降低,且出现得较早,说明正极中添加Na2WO4不利于提高电池的常温充电性能.从图1(a)中也可以看出,正极添加Na2WO4后,电池的常温放电容量有所降低,也进一步验证了上述观点.图1(b)是正极添加Na2WO4时电池的45℃充放电曲线.随充电过程的进行,未添加Na2WO4电池的充电平台平缓上升,但不超过30mV,而正极添加Na2WO4后,充电后期的电压平台约跃迁100mV,说明添加Na2WO4有助于提高镍正极的析氧过电位.分析原因,这可能是由于Na2WO4在Ni(OH)2表面能形成包覆膜,增大了充电时析氧副反应的极化过电位,使得高温充电后期的电压平台随之提高.比较图1(a)和图1(b)可以看出,尽管常温下随着Na2WO4的增加,电池的放电容量会有所降低,但当升高充电温度时,随着正极中Na2WO4添加量(w)的增加,电池的放电容量却可有较大提高.如45℃时,电池的放电容量随Na2WO4添加量的增加,先增大后减小,1.0%的添加量为最佳值,约可提高250mAh.从图1(c)可以看出,正极添加0%、0.5%Na2WO4时,电池在70℃充电后期出现下降的电压平台,说明随温度的进一步提高,镍正极的析氧电位下降较大,使得Ni(OH)2氧化为NiOOH的主反应与析氧副反应几乎同时发生,而充电后期则只是发生析氧副反应,使得充电电压平台下降,正极不含Na2WO4的电池只能放出约40%的容量.而进一步增加Na2WO4的添加量,则可较大提高电池的放电容量.同样,正极添加1.0%Na2WO4时的放电容量最大,接近1300mAh.可见,不含或含不足量的Na2WO4时,电池在70℃时Ni(OH)2的氧化电位与析氧电位十分接近,而添加Na2WO4后可增大镍氢电池正极析氧过电位.由图1(a)到图1(c)可知:镍正极中加入Na2WO4可以提高电池的高温充电效率,增加电池的放电容量.Na2WO4可使活性物质Ni(OH)2的氧化过程更易进行,有效地抑制或延迟氧气的析出,进而提高了电池的充电效率,但随着Na2WO4含量的增加,电池的电化学性能受到影响,常温放电容量有所降低.2.2执行n的氧电位设计将显著提高电池的循环寿命,电池的循环寿命,将电池的充表1为荷电保持率测定结果,其中数值均为四个电池测量平均值.表1的数据表明:在不同温度下Na2WO4的加入使电池的荷电保持率都有较大提高.表明正极析氧电位的提高,抑制了电池在储存时的自放电衰减速率,提高了电池的荷电保持能力.图2为添加Na2WO4(1.0%)和不添加时电池的循环寿命.由图2可知,Na2WO4的加入提高了电池常温下的循环寿命,究其原因,可能是加入Na2WO4在Ni(OH)2上形成包覆膜,阻止了电池镍正极材料的自分解过程,使电池可以循环更多次,具体原因有待进一步研究.2.3不同极化电位的镍电极电化学行为为进一步研究Na2WO4对镍正极高温性能的影响,特别是对高温条件下正极充电过程的影响,对比了不同温度条件下,加与不加1.0%Na2WO4的镍正极的阳极伏安过程.图3(a)至图3(c)是加与不加1.0%Na2WO4时,镍正极分别在25、45、70℃下的阳极伏安曲线,可以看出,正极添加1.0%Na2WO4使得25℃下的阳极极化过程变得困难,极化电流降低,极化电位略有升高,但在45、70℃条件下,加入1.0%Na2WO4则使镍正极的氧化电位降低、氧化峰电流增大,特别是在70℃条件下这种效果更为明显这表明,加入1.0%Na2WO4可有效地促进镍电极的充电正反应,提高镍正极高温下的充电效率,但对镍正极常温下的活性和充电效率则有一定的负面影响.3镍电极的制备1)镍正极中添加Na2WO4的电池在25℃条件下放电容量略有下降,但在45、70℃条件下的充电效率